發(fā)布時(shí)間：2023-03-23 15:16:49
序言：寫作是分享個(gè)人見解和探索未知領(lǐng)域的橋梁，我們?yōu)槟x了8篇的工程熱物理論文樣本，期待這些樣本能夠?yàn)槟峁┴S富的參考和啟發(fā)，請(qǐng)盡情閱讀。
關(guān)鍵詞：行業(yè)類高校；高等流體力學(xué)；電力特色
作者簡(jiǎn)介：張莉（1973-），女，河南商丘人，上海電力學(xué)院能源與機(jī)械工程學(xué)院，教授；李永光（1957-），男，湖南長(zhǎng)沙人，上海電力學(xué)院科研處處長(zhǎng)，教授。（上海 200090）
基金項(xiàng)目：本文系上海電力學(xué)院研究生學(xué)位課程建設(shè)項(xiàng)目（項(xiàng)目編號(hào)：YKJ-2012004）的研究成果。
中圖分類號(hào)：G642.0 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1007-0079（2013）04-0086-02
2007年，上海電力學(xué)院（以下簡(jiǎn)稱“我?！保崮芄こ潭?jí)學(xué)科首次招生，“高等流體力學(xué)”首次開課，授課人數(shù)20余人，隨后幾年間授課人數(shù)逐年增長(zhǎng)。2012年我校動(dòng)力工程與工程熱物理一級(jí)學(xué)科又增設(shè)了工程熱物理、動(dòng)力機(jī)械及工程兩個(gè)二級(jí)學(xué)科，“高等流體力學(xué)”授課范圍擴(kuò)大的同時(shí)，授課人數(shù)也增加到60余人。但是鑒于我校研究生數(shù)量較少、研究生培養(yǎng)歷史較短以及師資力量相對(duì)薄弱等方面的原因，課程教學(xué)的教材只能選用已有的教材。在組織教學(xué)內(nèi)容的過程中發(fā)現(xiàn)，大多數(shù)教材普遍存在一些問題，如過于強(qiáng)調(diào)基本理論、對(duì)數(shù)學(xué)知識(shí)的要求偏高、工程應(yīng)用方面涉獵很少，或者有些工程學(xué)科專業(yè)的相關(guān)研究生教材又往往缺乏理論深度，工程應(yīng)用背景針對(duì)性強(qiáng)，有的強(qiáng)調(diào)高速氣動(dòng)、有的強(qiáng)調(diào)水動(dòng)葉柵流動(dòng)、有的強(qiáng)調(diào)渦動(dòng)力學(xué)等等。鑒于此，作為行業(yè)類非重點(diǎn)高校，在“高等流體力學(xué)”課程的教學(xué)中有必要結(jié)合我校電力特色進(jìn)行教學(xué)內(nèi)容和教學(xué)模式的研究和探討。
一、課程教材的調(diào)研
為了能更好地做好此次教學(xué)研究工作，課程組首先對(duì)高校相關(guān)研究生專業(yè)的“高等流體力學(xué)”教材進(jìn)行了調(diào)研，分別對(duì)清華大學(xué)、西安交通大學(xué)、上海交通大學(xué)、浙江大學(xué)、東南大學(xué)、華中科技大學(xué)、華北電力大學(xué)、東北電力大學(xué)等國(guó)內(nèi)若干所大學(xué)相關(guān)課程的教材及內(nèi)容做了簡(jiǎn)單分析。
從調(diào)研情況看，所有高校都對(duì)流體力學(xué)的基本理論很重視，主要教學(xué)內(nèi)容均包括了流動(dòng)的基本概念和基本方程、流體運(yùn)動(dòng)學(xué)、勢(shì)流理論、渦旋流動(dòng)、理想流體流動(dòng)、粘性流體流動(dòng)等，目的是使研究生通過學(xué)習(xí)流體的運(yùn)動(dòng)規(guī)律，掌握研究流動(dòng)的方法進(jìn)而分析解決實(shí)際的工程流動(dòng)問題。同時(shí)，各高校的教材和主要教學(xué)參考書還注重與自身學(xué)科研究方向的結(jié)合，課程的某些重點(diǎn)內(nèi)容與培養(yǎng)方向相接軌，突出了自身的特色。通過調(diào)研發(fā)現(xiàn)，“高等流體力學(xué)”作為研究生學(xué)位課，其教學(xué)內(nèi)容在注重理論基礎(chǔ)的同時(shí)，還必須要與自身的相關(guān)學(xué)科研究方向相結(jié)合，在注重通用理論的基礎(chǔ)上，形成自己的特色。
二、我校授課對(duì)象的情況分析
做好此次的教學(xué)研究工作，還必須對(duì)我校的授課對(duì)象有一個(gè)清楚的認(rèn)識(shí)。目前，“高等流體力學(xué)”已列為本校工程熱物理、熱能工程、動(dòng)力機(jī)械及工程三個(gè)二級(jí)學(xué)科的研究生學(xué)位課程。盡管上述三個(gè)二級(jí)學(xué)科涉及能源、動(dòng)力、機(jī)械等寬廣的工程領(lǐng)域，但結(jié)合我校的電力特色，這三個(gè)二級(jí)學(xué)科主要是為電力行業(yè)培養(yǎng)高級(jí)的專業(yè)人才，而在電力行業(yè)中流動(dòng)現(xiàn)象多存在于流體機(jī)械、動(dòng)力機(jī)械、換熱設(shè)備、容器、管道等部件，因此，在教學(xué)內(nèi)容上應(yīng)在透徹講解流體力學(xué)微分方程組的基礎(chǔ)上，注重聯(lián)系工程實(shí)際，偏重于講解流體在上述部件中的流動(dòng)以及與這些部件間的相互作用。
研究生生源的實(shí)際情況也是教學(xué)過程中需要考慮的因素。到目前為止，我校共招收6屆研究生，通過向歷屆學(xué)生了解發(fā)現(xiàn)有以下情況存在：部分同學(xué)跨專業(yè)（如：數(shù)學(xué)專業(yè)、電力系統(tǒng)及其自動(dòng)化專業(yè)、計(jì)算機(jī)與信息專業(yè)等）考入學(xué)校，本科階段沒有學(xué)習(xí)過“工程流體力學(xué)”課程；即使是研究生與本科專業(yè)背景相同的同學(xué)，他們也普遍認(rèn)為”工程流體力學(xué)”較難，碩士入學(xué)考試時(shí)，大都不選考“工程流體力學(xué)”，這也使得他們可能在大三、甚至大二學(xué)完以后，再也沒有系統(tǒng)地梳理過流體力學(xué)知識(shí)。由于各高校專業(yè)方向的側(cè)重點(diǎn)不同，大部分同學(xué)對(duì)電力行業(yè)內(nèi)的流體知識(shí)也不是特別了解；考入學(xué)校的學(xué)生多數(shù)為調(diào)劑生，入學(xué)成績(jī)整體不高。這些情況都表明，我校碩士研究生入學(xué)時(shí)的流體力學(xué)知識(shí)基礎(chǔ)相對(duì)比較薄弱，需要在授課過程中講授深層次新知識(shí)的同時(shí)，及時(shí)地對(duì)基礎(chǔ)知識(shí)進(jìn)行回顧和提醒。
三、教學(xué)內(nèi)容的組織
基于以上的調(diào)研和分析，課程組首先對(duì)教材進(jìn)行了選取，對(duì)教學(xué)內(nèi)容進(jìn)行了組織。
1.教學(xué)目標(biāo)的明確
“高等流體力學(xué)”是為工程熱物理、熱能工程以及動(dòng)力機(jī)械與工程專業(yè)研究生設(shè)置的專業(yè)學(xué)位課程。根據(jù)專業(yè)人才培養(yǎng)的需要，結(jié)合長(zhǎng)期本科教學(xué)的經(jīng)驗(yàn)，確定了課程的教學(xué)目標(biāo)：通過對(duì)流體力學(xué)的基本概念、基本方程、理想不可壓縮流體的流動(dòng)、粘性不可壓縮流體的流動(dòng)、層流邊界層與紊流流動(dòng)、理想可壓縮流體等內(nèi)容的學(xué)習(xí)，深化學(xué)生對(duì)流體力學(xué)基本內(nèi)容的理解，提高學(xué)生的理論水平，為相關(guān)專業(yè)課程的學(xué)習(xí)、課題的研究及論文的撰寫打好理論基礎(chǔ)。
2.教材的選用
“高等流體力學(xué)”是動(dòng)力工程及工程熱物理學(xué)科的一門傳統(tǒng)課程，有很多課程教材可供選用。通過調(diào)研比較，西安交通大學(xué)有關(guān)電力生產(chǎn)的學(xué)科研究方向與我校的研究方向比較吻合，其在“動(dòng)力工程及工程熱物理”一級(jí)學(xué)科中的學(xué)位課 “高等流體力學(xué)”選擇了西安交通大學(xué)出版社出版、張鳴遠(yuǎn)等編著的《高等流體力學(xué)》一書作為教材，課程組通過對(duì)該書內(nèi)容的分析，也一致認(rèn)為張鳴遠(yuǎn)等編著的《高等流體力學(xué)》比較適合我校側(cè)重于電力人才培養(yǎng)的需求，因此決定選用該書作為本?！案叩攘黧w力學(xué)”課程的教材。與此同時(shí)，將調(diào)研中搜尋到的各有特點(diǎn)的教材作為參考書目推薦給學(xué)生供他們參考使用。
3.教學(xué)內(nèi)容的組織
在進(jìn)行“高等流體力學(xué)”課程教學(xué)內(nèi)容的組織時(shí)，結(jié)合我校研究生培養(yǎng)方案和學(xué)科建設(shè)，既照顧到經(jīng)典流體力學(xué)的通用知識(shí)，又重視課程知識(shí)的針對(duì)性、行業(yè)應(yīng)用的特殊性、學(xué)生學(xué)習(xí)的興趣以及與學(xué)校其他研究生課程的關(guān)聯(lián)性。課程內(nèi)容的組織主要從以下幾個(gè)方面考慮：
（1）奠定扎實(shí)基礎(chǔ)?！案叩攘黧w力學(xué)”是一門系統(tǒng)性、邏輯性較強(qiáng)的課程，作為碩士研究生的學(xué)位課，在加深學(xué)生對(duì)流動(dòng)所伴隨的物理現(xiàn)象的認(rèn)識(shí)、概念的建立及規(guī)律分析的同時(shí)，還應(yīng)努力加深學(xué)生學(xué)科知識(shí)分析和研究問題的基本思想和方法的理解和掌握，提高分析和解決流體力學(xué)問題的水平及能力。
（2）突出電力生產(chǎn)特色。針對(duì)我校研究生的專業(yè)背景和學(xué)科研究方向，強(qiáng)調(diào)本學(xué)科與電力生產(chǎn)流程和設(shè)備的結(jié)合，強(qiáng)化學(xué)生應(yīng)用流體力學(xué)知識(shí)，認(rèn)識(shí)并解決相關(guān)電力工程問題的能力。教學(xué)內(nèi)容應(yīng)注重理論與實(shí)踐相結(jié)合，保持基礎(chǔ)理論知識(shí)與工程應(yīng)用知識(shí)的相對(duì)平衡。
（3）注重課程的關(guān)聯(lián)性和完整性。在關(guān)聯(lián)性方面，首先與本科階段的教學(xué)內(nèi)容要有恰當(dāng)?shù)姆止ず豌暯?，其次要避免與其他相關(guān)課程之間缺乏銜接；在自身內(nèi)容體系的完整性方面，既要注意到對(duì)數(shù)學(xué)知識(shí)回顧和補(bǔ)充的必要性，又要對(duì)工程中不常見的復(fù)雜流動(dòng)概念的介紹有所兼顧。
考慮以上幾個(gè)方面，課程組將教學(xué)內(nèi)容梳理成五部分，第一部分安排了“矢量運(yùn)算分析”、“場(chǎng)論知識(shí)”的回顧以及曲線坐標(biāo)、張量分析知識(shí)的補(bǔ)充；第二部分“流體力學(xué)的基本方程”主要介紹流體力學(xué)的基本概念，流體力學(xué)的控制方程組以及一些相關(guān)的重要定理；第三部分“理想不可壓縮流體的流動(dòng)”介紹平面勢(shì)流，空間軸對(duì)稱勢(shì)流和理想流體中的旋渦運(yùn)動(dòng)，其中對(duì)平面勢(shì)流里的復(fù)位勢(shì)、疊加法、鏡像法和保角變換法做重點(diǎn)講解；第四部分“粘性不可壓縮流體的流動(dòng)”中介紹納維―斯托克斯方程的精確解，小雷諾數(shù)流動(dòng)，層流邊界層流動(dòng)和紊流，其中對(duì)工程中應(yīng)用較多的層流邊界層流動(dòng)和紊流做重點(diǎn)講解；第五部分“理想可壓縮流體的流動(dòng)”分別介紹一維流動(dòng)和平面流動(dòng)，其中對(duì)一維流動(dòng)做重點(diǎn)講解。
四、教學(xué)模式的探討
學(xué)生的學(xué)習(xí)情況在不斷地發(fā)生變化，這就需要教師不斷根據(jù)實(shí)際情況，進(jìn)行教學(xué)模式的探討，充分調(diào)動(dòng)學(xué)生學(xué)習(xí)的主動(dòng)性和積極性，使他們?cè)谟邢薜膶W(xué)習(xí)時(shí)間中學(xué)習(xí)好內(nèi)容繁多的“流體力學(xué)”。
1.教學(xué)方法
“高等流體力學(xué)”是一門基礎(chǔ)課，基本概念和基礎(chǔ)理論部分內(nèi)容較多，涉及的公式推導(dǎo)也比較多，傳統(tǒng)的“黑板板書”的教學(xué)手段對(duì)教學(xué)信息的處理和呈現(xiàn)都比較單一，造成學(xué)生對(duì)于傳熱學(xué)內(nèi)容的理解和掌握有一定的難度。為此，課程組以教材為藍(lán)本編制了電子課件，教學(xué)中采用板書與多媒體相結(jié)合的教學(xué)模式，突出傳統(tǒng)板書中能夠清晰講解復(fù)雜理論推導(dǎo)的優(yōu)點(diǎn)，充分利用多媒體教學(xué)信息量大、圖像清晰生動(dòng)的特點(diǎn)。經(jīng)過一段時(shí)間的嘗試，這種教學(xué)方法既達(dá)到了避免研究生在課堂上因長(zhǎng)時(shí)間精力高度集中而產(chǎn)生疲勞的問題，又有利于他們理解并掌握復(fù)雜的流體力學(xué)基本理論的教學(xué)效果。
2.教學(xué)手段
盡管本課程以課堂講授教學(xué)方式為主，但要避免“填鴨式”的講授，要注重以啟發(fā)式講授為主的多種教學(xué)方法的綜合應(yīng)用，提高課堂教學(xué)的趣味性，以提高學(xué)生學(xué)習(xí)興趣和主動(dòng)性。課程組結(jié)合本科“工程流體力學(xué)”多年的教學(xué)經(jīng)驗(yàn)，在教學(xué)過程中注意做到幾個(gè)注重：注重物理概念與數(shù)學(xué)方法的有機(jī)結(jié)合，強(qiáng)調(diào)物理含義的數(shù)學(xué)表示以及數(shù)學(xué)內(nèi)容的物理解釋；既注意嚴(yán)格的理論推導(dǎo)，又注意敘述的深入淺出；注重教學(xué)思路，教學(xué)方法，在引進(jìn)概念介紹方法時(shí)，突出解決問題的思維方法及推理要點(diǎn)；注重從與教材不同的角度或思路來(lái)講述同一教材內(nèi)容，以豐富學(xué)生思維和聯(lián)想能力；注重引導(dǎo)學(xué)生圍繞課程內(nèi)容，發(fā)現(xiàn)問題、提出問題、解決問題，同時(shí)再結(jié)合課程組教師的科研積累，搜集并提煉出了大量與電力生產(chǎn)緊密關(guān)聯(lián)的工程案例，通過案例的討論和分析，增強(qiáng)學(xué)生學(xué)習(xí)理論知識(shí)的興趣，提升課堂教學(xué)的互動(dòng)效果，增強(qiáng)學(xué)生運(yùn)用理論知識(shí)分析并解決工程實(shí)際問題的能力。
3.輔助教學(xué)
僅僅通過課堂上對(duì)教材的學(xué)習(xí)是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的，還必須配套地做大量的習(xí)題，才能較好地使學(xué)生掌握具有理論性強(qiáng)、公式多、數(shù)理基礎(chǔ)要求高的“高等流體力學(xué)”課程。考慮到我校研究生教學(xué)的特點(diǎn)，課程組根據(jù)教材的主要內(nèi)容編寫了典型習(xí)題集。習(xí)題集力圖做到習(xí)題具有典型性，能夠?qū)?yīng)教學(xué)內(nèi)容的各個(gè)知識(shí)點(diǎn)，學(xué)生通過習(xí)題的練習(xí)，能有效地掌握教材中的基本知識(shí)。此外，習(xí)題集中的習(xí)題也盡可能地結(jié)合電力生產(chǎn)中的流動(dòng)問題，幫助學(xué)生對(duì)專業(yè)關(guān)聯(lián)工程問題進(jìn)行認(rèn)識(shí)和思考，培養(yǎng)學(xué)生應(yīng)用知識(shí)的能力。
4.課程考核
課程考核成績(jī)應(yīng)該能夠較為客觀地反映學(xué)生對(duì)課程的整體學(xué)習(xí)情況。為了全面地反映學(xué)生的全程學(xué)習(xí)過程和最終的學(xué)習(xí)效果，課程組經(jīng)討論明確了課程的總評(píng)成績(jī)由平時(shí)成績(jī)和期末考試成績(jī)綜合評(píng)定得出，平時(shí)成績(jī)與期末考試成績(jī)的分配比例是2∶8。平時(shí)成績(jī)包含作業(yè)、考勤、課堂表現(xiàn)等幾部分。期末考試采用筆試形式，考試試卷從建立的試卷庫(kù)中隨機(jī)抽取。
期末考試是課程考核的重頭戲，為了提高學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性，同時(shí)也為了增強(qiáng)教師的工作責(zé)任心，實(shí)行考、教分離是一個(gè)較好的督促辦法。為此，2012年課程組根據(jù)課程的教學(xué)要求組織編寫了試卷庫(kù)。試卷庫(kù)中的試題符合教學(xué)大綱的要求，內(nèi)容豐富、形式多樣、題型一致，試題表述清楚，要求明確，無(wú)偏題、怪題，難易得當(dāng)，考核的知識(shí)點(diǎn)覆蓋面寬，能考核學(xué)生掌握知識(shí)以及應(yīng)用知識(shí)進(jìn)行綜合分析能力的情況。此次編寫的試卷庫(kù)共包含試卷6份，至少夠三年使用，隨著試卷庫(kù)的使用，課程組還擬將對(duì)試卷庫(kù)進(jìn)行不斷擴(kuò)充。
五、結(jié)束語(yǔ)
“高等流體力學(xué)”的日常教學(xué)工作一個(gè)任重而道遠(yuǎn)，為了適應(yīng)高等流體力學(xué)服務(wù)于日新月異的學(xué)科發(fā)展的需求，提高該學(xué)位課程的教學(xué)效果，更好地為本校研究生人才培養(yǎng)服務(wù)，課程組將把教學(xué)研究工作不斷地持續(xù)進(jìn)行下去，搜集最新最前沿的相關(guān)信息以補(bǔ)充教學(xué)內(nèi)容，探討教學(xué)模式以提高教學(xué)效果，及時(shí)對(duì)習(xí)題庫(kù)和試卷題庫(kù)進(jìn)行更新。相信只要教師多花一點(diǎn)時(shí)間，多動(dòng)一點(diǎn)腦筋，多找一些教育學(xué)生的切入點(diǎn)，因材施教，一定能取得好的教育效果。
參考文獻(xiàn)：
[1]張鳴遠(yuǎn).高等流體力學(xué)[M].西安：西安交通大學(xué)出版社，2006.
[2]董守平.高等流體力學(xué)[M].東營(yíng)：中國(guó)石油大學(xué)出版社，2006.
[3]王獻(xiàn)孚.高等流體力學(xué)[M].武漢：華中科技大學(xué)出版社，2006.
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關(guān)鍵詞：食品物性學(xué) 有效教學(xué)
中圖分類號(hào)：G642.4 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A DOI：10.3969/j.issn.1672-8181.2014.01.044
《食品物性學(xué)》是一門研究食品物理特性，并對(duì)其進(jìn)行準(zhǔn)確的分析和評(píng)價(jià)的學(xué)科。物性學(xué)通過對(duì)食品及其原料的流變特性、食品質(zhì)構(gòu)、食品的力學(xué)、光學(xué)、電學(xué)、熱學(xué)等物性的研究，來(lái)達(dá)到指導(dǎo)食品的高品質(zhì)和安全生產(chǎn)的目的[1]。《食品物性學(xué)》是食品科學(xué)與工程專業(yè)的重要專業(yè)基礎(chǔ)課程，不僅在整個(gè)專業(yè)體系中占有重要的地位，其研究和應(yīng)用更具有廣泛性和必要性。
與傳統(tǒng)的食品專業(yè)課程相比，《食品物性學(xué)》是一門新興的學(xué)科，我國(guó)將其作為獨(dú)立學(xué)科開設(shè)較晚，且主要是面向研究生開設(shè)[2]。在2001年教育部高等學(xué)校輕工與食品教學(xué)指導(dǎo)委員會(huì)第一次會(huì)議討論才決定將《食品物性學(xué)》列入食品科學(xué)相關(guān)專業(yè)的主干課程，可參考的資料很少[3]。由于《食品物性學(xué)》課程主要是通過對(duì)食品的物理特性進(jìn)行研究，進(jìn)而指導(dǎo)食品的品質(zhì)和生產(chǎn)過程，因此該課程的教學(xué)理念、教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)手段和考試方式等相應(yīng)的教學(xué)資料不能照搬其它食品專業(yè)基礎(chǔ)課的教學(xué)模式，而應(yīng)當(dāng)從該門課程的特點(diǎn)入手，制定有效的教學(xué)方案[4]。
有效教學(xué)中的“有效”，主要是指教學(xué)應(yīng)當(dāng)讓學(xué)生學(xué)到知識(shí)，并做到愿學(xué)、樂學(xué)、學(xué)得有趣、主動(dòng)[5]。對(duì)于食品物性學(xué)的有效教學(xué)，應(yīng)當(dāng)讓學(xué)生不僅學(xué)到食品物性特征的大部分學(xué)科基礎(chǔ)知識(shí)，還要學(xué)到物性學(xué)在生產(chǎn)和管理中的實(shí)踐應(yīng)用，并且不是強(qiáng)迫學(xué)生學(xué)習(xí)，而是使學(xué)生主動(dòng)學(xué)習(xí)。為了達(dá)到有效教學(xué)的目的，筆者認(rèn)為要從以下幾點(diǎn)進(jìn)行：
1 教學(xué)理念
教學(xué)理念是教師對(duì)教學(xué)和學(xué)習(xí)活動(dòng)內(nèi)在規(guī)律的認(rèn)識(shí)的集中體現(xiàn)，同時(shí)也是教師對(duì)教學(xué)活動(dòng)的看法、持有的基本的態(tài)度和觀念，是教師從事教學(xué)活動(dòng)的信念。有效教學(xué)的教學(xué)理念對(duì)教學(xué)活動(dòng)有著極其重要的指導(dǎo)意義[6]。
學(xué)生是學(xué)習(xí)的主體，有效教學(xué)的目標(biāo)就是要培養(yǎng)學(xué)生的綜合素質(zhì)和創(chuàng)新能力。食品物性學(xué)的教學(xué)理念必須按照科學(xué)發(fā)展觀的要求，堅(jiān)持以學(xué)生為本的理念，從提高大學(xué)生的綜合素質(zhì)和能力入手?！妒称肺镄詫W(xué)》課程是食品科學(xué)專業(yè)學(xué)生必學(xué)的專業(yè)基礎(chǔ)課，對(duì)食品科學(xué)專業(yè)學(xué)生物性分析能力和品質(zhì)管控能力的培養(yǎng)是無(wú)可替代的，其教學(xué)效益的高低，直接影響到學(xué)生后續(xù)專業(yè)課的學(xué)習(xí)和實(shí)踐。因此，食品物性學(xué)的教學(xué)理念應(yīng)當(dāng)實(shí)現(xiàn)由“教師為主”轉(zhuǎn)變?yōu)橐浴皩W(xué)生為主”，著重對(duì)學(xué)生基礎(chǔ)知識(shí)和實(shí)踐能力的培養(yǎng)，才是真正體現(xiàn)有效教學(xué)的關(guān)鍵所在。要在教學(xué)過程中確立學(xué)生的主體地位，培養(yǎng)學(xué)生的主體意識(shí)，才能達(dá)到愛學(xué)樂學(xué)的有效教學(xué)效果。
2 教學(xué)內(nèi)容
在講授本門課程時(shí)，應(yīng)當(dāng)根據(jù)本課程的發(fā)展趨勢(shì)和實(shí)際應(yīng)用要求，有針對(duì)性地選取重點(diǎn)、關(guān)鍵點(diǎn)、應(yīng)用熱點(diǎn)、前沿問題來(lái)進(jìn)行講解，組織重要的知識(shí)點(diǎn)進(jìn)行分專題討論，這樣可以培養(yǎng)學(xué)生的自學(xué)能力和分析問題的能力，并能使學(xué)生對(duì)食品物性的基礎(chǔ)知識(shí)有著更深刻的理解。因此，在整體課程的講授中，我們對(duì)力學(xué)部分進(jìn)行了最為深入和全面的講解與研究，對(duì)食品流變學(xué)的相關(guān)模型和公式都進(jìn)行了推導(dǎo)和分析，以理論和基礎(chǔ)知識(shí)的學(xué)習(xí)為主。而對(duì)于食品熱物性、電特性和光學(xué)性質(zhì)部分，在授課內(nèi)容安排上結(jié)合國(guó)內(nèi)外最新研究成果，以實(shí)例展示為主，不再進(jìn)行基本公式的推導(dǎo)，只理解其實(shí)際應(yīng)用原理和意義。對(duì)于食品的質(zhì)構(gòu)和感官評(píng)定部分，由于學(xué)生已學(xué)過食品感官評(píng)定的相關(guān)課程，這個(gè)部分的講授以食品質(zhì)構(gòu)的儀器測(cè)定方面為主，主要講解物性儀、流變儀的使用方式及圖例分析，對(duì)食品的感官評(píng)價(jià)與儀器分析的關(guān)系進(jìn)行說(shuō)明。對(duì)于這樣的教學(xué)內(nèi)容安排，學(xué)時(shí)主要放在食品的力學(xué)基礎(chǔ)，食品質(zhì)構(gòu)的儀器測(cè)定，食品的電、熱、光學(xué)特性的應(yīng)用上，既避免了知識(shí)點(diǎn)的重復(fù)講授，又能在最短的時(shí)間內(nèi)突出重點(diǎn)地進(jìn)行知識(shí)講授，達(dá)到有效教學(xué)的目的。
3 教學(xué)手段
由于《食品物性學(xué)》是一門新開設(shè)的課程，學(xué)生對(duì)課程的內(nèi)容和定位都不甚明晰，學(xué)習(xí)興趣不高。因此，在教學(xué)過程中我們要更善于引導(dǎo)學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性，使其達(dá)到愿學(xué)樂學(xué)的目的。在教學(xué)中，應(yīng)當(dāng)采用多媒體技術(shù)，PPT的展示中應(yīng)當(dāng)以國(guó)內(nèi)外最新研究技術(shù)、高新設(shè)備和產(chǎn)品的圖片材料為主，把抽象的問題具體化，把枯燥的問題趣味化。通過圖片和實(shí)例引出的問題，也更容易讓學(xué)生參與到課堂討論中來(lái)，對(duì)基本的基礎(chǔ)概念有更明晰的認(rèn)識(shí)。如在食品質(zhì)構(gòu)分析的分散體系部分講解，就可以從巧克力的質(zhì)構(gòu)分析入手，對(duì)巧克力的分散介質(zhì)油脂以固態(tài)晶格的形式出現(xiàn)，對(duì)晶格的情況分別進(jìn)行分析，從而達(dá)到引起學(xué)生學(xué)習(xí)興趣的目的。在食品熱物性部分的講授過程中，可以通過西瓜的圖片引出對(duì)食品冷凍冷藏過程進(jìn)行模擬，進(jìn)而確定工藝條件的重要性問題。再通過問題的引出講述食品的冷凍冷藏過程與其自身的導(dǎo)熱系數(shù)、形狀和表面積等因素有關(guān)，需要確定準(zhǔn)確的導(dǎo)熱系數(shù)、比熱和密度值，為數(shù)值模擬提供必要的物性參數(shù)。這種圖片引出所學(xué)內(nèi)容的教學(xué)方式，可以激發(fā)學(xué)生對(duì)物性學(xué)的學(xué)習(xí)興趣，達(dá)到有效教學(xué)的目的。
在授課的過程中，還需要采用互動(dòng)式的教學(xué)手段，創(chuàng)建研究型的學(xué)習(xí)氣氛。課堂上可充分利用與教學(xué)內(nèi)容密切相關(guān)的、可以激發(fā)學(xué)生興趣的材料，向?qū)W生提出相關(guān)專題的研究性問題。如在食品熱物性的講授中，可提出基于宗教和健康問題的油炸食品中豬油的檢測(cè)問題，引發(fā)學(xué)生的討論。然后通過對(duì)DSC的學(xué)習(xí)，了解到可以用DSC法來(lái)測(cè)量油炸豆餅、雞肉、牛肉中的豬油含量，達(dá)到解決問題的目的。這樣的互動(dòng)式教學(xué)手段，既能從實(shí)際問題引出教學(xué)的相關(guān)內(nèi)容，又能讓學(xué)生充分參與到討論中來(lái)，達(dá)到掌握所學(xué)知識(shí)的目的。
物性學(xué)作業(yè)是該課程不可或缺的必備實(shí)踐環(huán)節(jié)，針對(duì)章節(jié)作業(yè)，我們改變了以往的課后簡(jiǎn)答題作業(yè)的方式，而是通過專題討論匯報(bào)的形式，將學(xué)生分成4～5人一組的學(xué)習(xí)小組，讓他們互相討論并分工制作專題的PPT，采取學(xué)完一章或相關(guān)的幾章之后進(jìn)行一次匯報(bào)的方式，以充分發(fā)揮學(xué)生的主動(dòng)性、獨(dú)立性和創(chuàng)造性。如在學(xué)習(xí)完食品質(zhì)構(gòu)的章節(jié)后，給作業(yè)組的學(xué)生提出物性儀在面包品質(zhì)測(cè)定中的應(yīng)用舉例專題，讓學(xué)生自主地去查閱相關(guān)的文獻(xiàn)和視頻資料，從不懂到逐漸理解再到完全理解，問題解決中的一步步分析和推進(jìn)都由學(xué)生自己負(fù)責(zé)。在PPT制作好后，讓學(xué)生在課前向全班同學(xué)匯報(bào)，對(duì)PPT展示中的相關(guān)難題、難點(diǎn)，給予集體講解和答疑，教學(xué)效果非常好。
4 考試方式
在考試方式的改革中，我們采用了設(shè)計(jì)論文與平時(shí)成績(jī)相結(jié)合的方式，不但要求學(xué)生掌握基礎(chǔ)的理論知識(shí)，更要求學(xué)生具備一定的解決實(shí)際問題的能力。
在課程結(jié)束后的考察學(xué)習(xí)效果階段，我們引入項(xiàng)目化的設(shè)計(jì)論文方式，讓學(xué)生利用自己所學(xué)的食品物性學(xué)方面的知識(shí)，來(lái)具體來(lái)解決實(shí)際生產(chǎn)中遇到的問題，從而反映出學(xué)生真實(shí)的學(xué)習(xí)水平。讓學(xué)生自由選擇相應(yīng)的問題如：如何利用物性學(xué)對(duì)冷凍面條進(jìn)行品質(zhì)改良？如何利用食品的光學(xué)特性進(jìn)行無(wú)損檢測(cè)？如何利用奶油蛋糕的蠕變曲線改進(jìn)生產(chǎn)配方，等等。將這些食品物性學(xué)在生產(chǎn)實(shí)踐中的實(shí)際問題向?qū)W生展示出來(lái)，讓學(xué)生任選其中感興趣的項(xiàng)目進(jìn)行分析和解決，從而寫出符合要求的課程設(shè)計(jì)論文。采用這樣的考察方式，不但能加強(qiáng)學(xué)生對(duì)課堂知識(shí)的理解，結(jié)合地域特色靈活掌握所學(xué)理論知識(shí)，并且能激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性，最終提高其在實(shí)踐中解決問題的能力。
講授《食品物性學(xué)》課程應(yīng)順應(yīng)時(shí)代的發(fā)展，以學(xué)生為主體，教學(xué)內(nèi)容重點(diǎn)突出，教學(xué)手法和考試方式多樣，才能將創(chuàng)新思想融入食品物性學(xué)教學(xué)過程各個(gè)環(huán)節(jié)中，使《食品物性學(xué)》課程教學(xué)改革達(dá)到有效教學(xué)的最終目標(biāo)。
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作者簡(jiǎn)介：王英（1984-），女，碩士，講師，研究方向?yàn)檗r(nóng)產(chǎn)品貯藏及加工，新疆農(nóng)業(yè)大學(xué)食品科學(xué)與藥學(xué)學(xué)院，新疆烏魯木齊 830052
楊海燕，新疆農(nóng)業(yè)大學(xué)食品科學(xué)與藥學(xué)學(xué)院，新疆烏魯木齊 830052
關(guān)鍵詞：研究型教學(xué)高等工程熱力學(xué)課程實(shí)踐
如何激勵(lì)研究生的創(chuàng)新意識(shí)，鍛煉和培養(yǎng)研究生的創(chuàng)新和研究能力，是研究生教育改革的重要課題之一。當(dāng)前，傳統(tǒng)的接受式教學(xué)模式面臨巨大的挑戰(zhàn)，這種教學(xué)方式的特點(diǎn)是：教師在講臺(tái)上講授，學(xué)生在臺(tái)下做筆記，學(xué)生被動(dòng)地接受知識(shí)，這種傳統(tǒng)的單向灌輸式教學(xué)方式，無(wú)法調(diào)動(dòng)學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性和主動(dòng)性，學(xué)生往往在沒有壓力的狀態(tài)中學(xué)習(xí)，教學(xué)效果不佳。本科生相比，研究生身心已較為成熟，思維活躍、求知欲望和實(shí)踐意向都較為強(qiáng)烈，若還是采用傳統(tǒng)的灌輸式教學(xué)，注重結(jié)論和公式的推導(dǎo)，而這些結(jié)論和公式到底有何作用，學(xué)生常常并不清楚，學(xué)習(xí)積極性不高，教學(xué)效果事倍功半。學(xué)生缺乏研究創(chuàng)新，不能很好地解決實(shí)際問題，是傳統(tǒng)教學(xué)模式最大弊端，有的研究生在進(jìn)入論文階段后不清楚科研論文如何寫作，對(duì)科學(xué)問題的敏感性不強(qiáng)，將文獻(xiàn)的閱讀變成簡(jiǎn)單的課程學(xué)習(xí)，科研能力、創(chuàng)新能力都不強(qiáng)，專業(yè)課程內(nèi)容呈老化，教學(xué)特點(diǎn)日益淡化，甚至浪費(fèi)了課程學(xué)習(xí)階段，因此，有必要對(duì)研究生的課程，尤其是專業(yè)課程的教學(xué)方法和教學(xué)理念進(jìn)行改革，引進(jìn)國(guó)內(nèi)外先進(jìn)的教學(xué)方法和教學(xué)理論，提高研究生的科研能力和創(chuàng)新能力。
研究性教學(xué)模式是在綜合美國(guó)布魯納的“發(fā)現(xiàn)學(xué)習(xí)模式”和瑞士皮亞杰的“認(rèn)知發(fā)展學(xué)說(shuō)”基礎(chǔ)上構(gòu)建的教學(xué)模式，主要強(qiáng)調(diào)它在與工程實(shí)踐結(jié)合較緊密的專業(yè)課程中的應(yīng)用，是一種培養(yǎng)創(chuàng)造性人才的新途徑。因?yàn)閷W(xué)生學(xué)習(xí)的過程與科學(xué)家的研究過程在本質(zhì)上是一致的，因此學(xué)生應(yīng)像“科學(xué)家”一樣，以主人公的身份去發(fā)現(xiàn)問題、分析問題、解決問題，并在探究過程中獲取知識(shí)、發(fā)展技能、培養(yǎng)能力，特別是培養(yǎng)創(chuàng)新能力，發(fā)展自己的個(gè)性。研究性教學(xué)將科學(xué)研究的思想和過程融入課堂教學(xué)中，鼓勵(lì)和帶領(lǐng)學(xué)生從課本固有知識(shí)框架中走出來(lái)，勇敢且智慧地去發(fā)現(xiàn)未知，幫助學(xué)生形成自己對(duì)某一事物的分析路徑和獨(dú)特觀點(diǎn)。
《高等工程熱力學(xué)》是動(dòng)力機(jī)械、制冷與低溫工程、工程熱物理、化工等與能源相關(guān)專業(yè)研究生的重點(diǎn)基礎(chǔ)課程，其理論對(duì)高效利用能源、節(jié)約能源以及開發(fā)新能源有重要的指導(dǎo)意義。其主要教學(xué)內(nèi)容包括熱力學(xué)理論基礎(chǔ)、流體工質(zhì)的熱力性質(zhì)計(jì)算、多組分系統(tǒng)熱力學(xué)和相平衡、管內(nèi)氣體流動(dòng)熱力學(xué)。其教學(xué)目的是讓學(xué)生更深刻地理解熱力學(xué)三大定律，以及用熱力學(xué)知識(shí)去解決問題的方法。從以往的教學(xué)情況看，學(xué)生普遍反映理論較難理解，課程實(shí)用性不強(qiáng)，學(xué)習(xí)興趣不高。針對(duì)這種情況，筆者結(jié)合研究型教學(xué)的特點(diǎn)進(jìn)行以下方面的嘗試。
一、改變教學(xué)手段，傳統(tǒng)教學(xué)模式和課堂討論式教學(xué)相結(jié)合
《高等工程熱力學(xué)》是本學(xué)院研究生的專業(yè)基礎(chǔ)課程，一些必要的理論和方法需要通過傳統(tǒng)教學(xué)模式教授給學(xué)生。在講授過程中，針對(duì)以往學(xué)生提出的實(shí)用性不強(qiáng)的問題，在講解某一理論的時(shí)候，更側(cè)重該理論及方法的應(yīng)用背景，讓學(xué)生在結(jié)合使用背景去理解理論知識(shí)，達(dá)到事半功倍的效果。課堂討論則是研究型教學(xué)的一種方法，研究導(dǎo)向的教學(xué)模式側(cè)重于營(yíng)造情境，提出問題，引導(dǎo)學(xué)生獨(dú)立思考，形成自己的觀點(diǎn)，而不在于給學(xué)生提供權(quán)威性的標(biāo)準(zhǔn)答案。在進(jìn)行傳統(tǒng)教學(xué)的一個(gè)階段結(jié)束之后，進(jìn)行一堂課堂討論，一方面，有利于加深學(xué)生對(duì)所學(xué)知識(shí)的理解；另一方面，也可以提高學(xué)生對(duì)問題獨(dú)立思考的能力。但組織課堂討論，要注重討論內(nèi)容的選擇，過難或過于抽象的問題會(huì)使學(xué)生喪失興趣和信心，導(dǎo)致冷場(chǎng)。在課堂討論過程中，教師要始終把握討論的重點(diǎn)和方向，不致偏題，對(duì)于學(xué)生提出的觀點(diǎn)，教師要給予適當(dāng)?shù)狞c(diǎn)評(píng)和鼓勵(lì)，指出其不足，并引導(dǎo)討論逐步深入進(jìn)行。同時(shí)為了避免同學(xué)在課堂上提出的問題比較空洞、缺乏一定的論據(jù)，在課堂討論的前二周時(shí)間會(huì)給學(xué)生布置下去題目，讓學(xué)生在課下進(jìn)行查閱資料并歸納總結(jié)，最終在課堂上提出自己有理有據(jù)的論點(diǎn)。
同時(shí)筆者鼓勵(lì)學(xué)生自由思考、標(biāo)新立異，引導(dǎo)學(xué)生在已有的學(xué)習(xí)和生活經(jīng)驗(yàn)基礎(chǔ)之上形成假說(shuō)。比如，在進(jìn)行“準(zhǔn)平衡過程和可逆過程”這兩個(gè)基本概念的課堂討論中，有很多同學(xué)提出了對(duì)這兩個(gè)概念自己的理解，對(duì)原有的概念提出了質(zhì)疑。同時(shí)通過課堂討論，大家也更深刻地理解了在經(jīng)典熱力學(xué)中為什么要引入這兩個(gè)概念。
二、完善課程內(nèi)容，追蹤研究領(lǐng)域的最新進(jìn)展
學(xué)生要完成研究型的學(xué)習(xí)，單靠一本教材是不可能完成的。所以筆者在教學(xué)的過程中，針對(duì)某一部分教學(xué)內(nèi)容，筆者經(jīng)常是結(jié)合著國(guó)內(nèi)外最新的研究文獻(xiàn)或者碩博論文進(jìn)行講解，同時(shí)附上參考文獻(xiàn)。在整個(gè)課程的講解過程中，筆者共引用了10余本書，并對(duì)其進(jìn)行簡(jiǎn)短評(píng)價(jià)，學(xué)生可以根據(jù)自己的興趣和研究方向，有重點(diǎn)地對(duì)這些參考書和文獻(xiàn)進(jìn)行深入的研究。研究生階段學(xué)生對(duì)研究領(lǐng)域內(nèi)的所有未知充滿好奇，通過對(duì)本領(lǐng)域最新進(jìn)展的學(xué)習(xí)，可培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)造性思維的意識(shí)。科研工作如果缺少創(chuàng)新性，則研究的價(jià)值就不能體現(xiàn)出來(lái)。因此筆者在授課過程中，一方面介紹當(dāng)前研究的熱點(diǎn)問題，比如說(shuō)開發(fā)環(huán)保型工質(zhì)的問題、先進(jìn)聯(lián)合循環(huán)的問題、不可逆熱力學(xué)中有限時(shí)間熱力學(xué)的問題等。同時(shí)還給學(xué)生介紹本專業(yè)的一些高水平期刊，比如說(shuō)《Progress in Energy and Combustion Science》、《Microscale Thermophysical Engineering》等。讓學(xué)生追蹤本學(xué)科領(lǐng)域的最新研究進(jìn)展，開拓自己的思路和視野。
三、改變?cè)u(píng)價(jià)體系，考核形式多樣化
過去的考試體系往往是一卷訂終身的形式，教學(xué)圍繞考試轉(zhuǎn)。最終考核的不是學(xué)生的綜合能力，而是學(xué)生的記憶能力。因此筆者和課程組其他人員討論，擬定采取“小組作業(yè)”和“個(gè)人作業(yè)”相結(jié)合的考核方式。小組作業(yè)一般由6～8人分工完成。在學(xué)期初期就將學(xué)生分組，每個(gè)小組的題目不同，要結(jié)合所學(xué)的內(nèi)容和研究專題去確定題目。小組成員要定期進(jìn)行討論。在小組研究過后，需要撰寫科技類的小論文，字?jǐn)?shù)一般為3000字左右。之后，由小組成員分工把主要內(nèi)容采用適當(dāng)?shù)男问剑ǘ嗖捎肞owerPoint）講解出來(lái)，其他小組的成員和教師會(huì)就作業(yè)內(nèi)容提出問題。小組作業(yè)一般占個(gè)人總成績(jī)的40%，個(gè)人作業(yè)占個(gè)人成績(jī)的60%，其由期末考試、平時(shí)討論發(fā)言情況成績(jī)組成。期末考試改變過去閉卷考試的形式，而采取開卷考試的形式，試題題目側(cè)重于運(yùn)用知識(shí)去解決實(shí)際問題的方法，而不再是公式的死記硬背。
通過這種考試形式的改變，在很大程度上調(diào)動(dòng)了學(xué)生主動(dòng)學(xué)習(xí)的積極性，對(duì)高等工程熱力學(xué)產(chǎn)生了濃厚的興趣?！靶〗M作業(yè)”的形式改變了過去學(xué)生只是一個(gè)人悶頭拿著教材看和學(xué)的狀態(tài)，注重和組內(nèi)其他人的交流，加強(qiáng)合作意識(shí)。同時(shí)小組的經(jīng)常討論，也使得每個(gè)學(xué)生都得到了表達(dá)自己的機(jī)會(huì)，使學(xué)生的表達(dá)能力得到了加強(qiáng)。而科技論文的撰寫，是研究生今后從事科研的必備能力，因此課堂上科技論文的撰寫是其練兵的過程。這大大地激發(fā)了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，同時(shí)也鼓勵(lì)學(xué)生的創(chuàng)新思維。
研究型大學(xué)培養(yǎng)的研究生更應(yīng)該具有創(chuàng)新意識(shí)，因此在研究生專業(yè)基礎(chǔ)課上進(jìn)行研究型教學(xué)的探索是非常有必要的，根據(jù)筆者進(jìn)行的教學(xué)模式、教學(xué)內(nèi)容和評(píng)價(jià)體系三方面的改革探索，已經(jīng)確定初步的成效。但這僅僅是課程改革的開始，在教學(xué)模式和教學(xué)內(nèi)容上我們還有許多工作要做，旨在使我們培養(yǎng)出來(lái)的研究生都符合知識(shí)經(jīng)濟(jì)時(shí)代對(duì)創(chuàng)新人才的要求。
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關(guān)鍵詞：Mixture模型；脈動(dòng)熱管；振蕩流
引言
隨著計(jì)算機(jī)等電子科技產(chǎn)品逐漸朝小型化、多功能化、高穩(wěn)定性的方向發(fā)展，更加迫切需要低功耗、低成本的新型散熱元件，傳統(tǒng)傳熱裝置多有賴于增強(qiáng)空氣的對(duì)流散熱效果，已不能滿足實(shí)際需要。脈動(dòng)熱管[1-3]具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、運(yùn)行高效、可在多種重力環(huán)境下工作特點(diǎn)的振蕩熱管必將在越來(lái)越多的領(lǐng)域得到應(yīng)用，脈動(dòng)熱管發(fā)展時(shí)間不長(zhǎng)，因而對(duì)它的研討還處于初步階段，論文相對(duì)較少。目前各國(guó)學(xué)者對(duì)脈動(dòng)熱管的研討主要以實(shí)驗(yàn)為主[4-5]，主要是為了研究它的操作過程和現(xiàn)象，研究管徑[6]、加熱位置[7]、管內(nèi)工質(zhì)[8]、充液率[9]等因素對(duì)脈動(dòng)熱管運(yùn)行和傳熱效果的影響。數(shù)值模擬作為現(xiàn)代物理研究的一個(gè)重要手段，被越來(lái)越多的應(yīng)用到科學(xué)研究和生產(chǎn)實(shí)踐中，因有良好的可視化結(jié)論和精確的數(shù)據(jù)分析，能夠?qū)碚摵蛯?shí)驗(yàn)研究方式進(jìn)行有效補(bǔ)充，使彼此相互印證。本文采用混合模型（Mixture Model）模擬脈動(dòng)熱管內(nèi)傳熱和流動(dòng)現(xiàn)象，揭示氣液兩相流速度場(chǎng)分布和運(yùn)動(dòng)規(guī)律。
1 幾何物理模型和數(shù)學(xué)模型
1.1 幾何模型和邊界條件
本文以文獻(xiàn)[10]的實(shí)驗(yàn)臺(tái)為依據(jù)，建立二維幾何模型，內(nèi)徑為0.004m，高為1m。管壁材質(zhì)為紫銅，脈動(dòng)熱管內(nèi)抽真空后充入59.82%的無(wú)水乙醇，因脈動(dòng)熱管為規(guī)則結(jié)構(gòu)，網(wǎng)格劃分時(shí)并未采取分區(qū)和局部加密方式，整個(gè)計(jì)算區(qū)域采用四邊形網(wǎng)格，生成網(wǎng)格數(shù)大約為200000。
邊界條件時(shí)是把脈動(dòng)熱管劃分為四個(gè)區(qū)域，分別是下部為蒸發(fā)段，加熱溫度設(shè)置為573K，兩邊為絕熱段，熱流密度為0，上部為冷凝段，設(shè)置冷凝溫度為372K。
1.2 數(shù)學(xué)模型
本文采用的混合模型（Mixture Model）是多相流模型的一N簡(jiǎn)化，可以模擬計(jì)算兩相或多相流中各相以不同速度運(yùn)動(dòng)的流體問題。通過求解混合相的連續(xù)性方程、第二相的體積分?jǐn)?shù)方程，以及相對(duì)速度的代數(shù)表示來(lái)實(shí)現(xiàn)多相流體的模擬計(jì)算。
守恒方程：
2 計(jì)算結(jié)果的分析與討論
2.1 不同時(shí)刻氣相體體積分?jǐn)?shù)分布云圖
圖2中分別為Mixture模型在1s、5s、10s時(shí)的氣相體體積分?jǐn)?shù)分布云圖，從圖中可以看出：在1s時(shí)刻只在在脈動(dòng)熱管的加熱段和冷凝段有明顯的氣相存在，其他位置還是液相存在，隨著加熱的進(jìn)行，氣相逐漸充斥在脈動(dòng)的各個(gè)部分，氣液兩相互相夾帶，混合流動(dòng)，5s時(shí)刻氣液兩相相互夾帶、混合流動(dòng)，隨時(shí)間增加在10s時(shí)刻，氣泡增多，逐漸聚合成長(zhǎng)，液相與氣相逐漸分離，形成液塞與氣柱，在流動(dòng)過程中液塞與氣柱交替出現(xiàn)，形成活塞式流動(dòng)，并且逐漸達(dá)到穩(wěn)定。說(shuō)明隨著時(shí)間的進(jìn)行，液相無(wú)水乙醇在脈動(dòng)熱管的蒸發(fā)段吸收熱量，迅速氣化并膨脹，壓力增大，向冷凝段運(yùn)動(dòng)并被冷凝釋放出熱量，壓力降低，使冷熱端形成很大的壓差，促使脈動(dòng)熱管內(nèi)的無(wú)水乙醇產(chǎn)生強(qiáng)烈的往復(fù)振蕩流動(dòng)，往往頻率也大，釋放的熱量就會(huì)越多。
2.2 不同時(shí)刻氣相體積分?jǐn)?shù)比較
圖3為不同時(shí)刻氣相體積分?jǐn)?shù)沿脈動(dòng)熱管中軸線分布均呈水波形狀，波峰位置顯為氣塞所在位置，波谷為液塞所在位置，說(shuō)明脈動(dòng)熱管內(nèi)形成明顯的汽-液柱塞交錯(cuò)分布，另外從圖中可以看出在1s時(shí)刻脈動(dòng)熱管內(nèi)已經(jīng)呈現(xiàn)震蕩現(xiàn)象，這也是脈動(dòng)熱管的一大優(yōu)點(diǎn)，熱傳遞迅速。相對(duì)其他時(shí)刻，10s時(shí)刻氣體體積分?jǐn)?shù)上升的波峰區(qū)間更廣，且波峰較高，振蕩頻率增大，說(shuō)明此時(shí)脈動(dòng)熱管內(nèi)氣液相應(yīng)經(jīng)呈現(xiàn)劇烈的往復(fù)振蕩流動(dòng)。
2.3 不同時(shí)刻氣相速度云圖比較
圖4中分別為Mixture模型在不同時(shí)刻氣相速度等值線在脈動(dòng)熱管內(nèi)分布，通過比較可以明顯看出1s時(shí)刻氣相在脈動(dòng)熱管中間部分氣相速度很小，而在脈動(dòng)熱管的冷凝段達(dá)到最大，說(shuō)明氣相在冷凝段迅速冷凝釋放出氣化潛熱，隨著時(shí)間的進(jìn)行，5s時(shí)刻和10s時(shí)刻氣相的速度場(chǎng)變化不大，氣相速度云圖逐漸充斥整個(gè)脈動(dòng)熱管段，并趨于均與分布，說(shuō)明脈動(dòng)熱管在很短的時(shí)間內(nèi)達(dá)到穩(wěn)定的振蕩流動(dòng)。
2.4 不同時(shí)刻間氣體速度比較
圖5為Mixture模型在不同時(shí)刻的氣相速度沿脈動(dòng)熱管中軸線分布，可以看出不同時(shí)刻的速度曲線均呈波動(dòng)形狀，10s時(shí)刻的波形圖最為穩(wěn)定，幾乎呈現(xiàn)對(duì)稱分布，說(shuō)明此時(shí)脈動(dòng)熱管內(nèi)呈現(xiàn)穩(wěn)定的氣液兩相交替存在，并往復(fù)運(yùn)動(dòng)。從1s到5s氣體速度明顯增長(zhǎng)，在第5s時(shí)刻氣相速度曲線就已基本達(dá)到穩(wěn)定。
3 結(jié)束語(yǔ)
本文采用Mixture模型對(duì)脈動(dòng)熱管內(nèi)的流動(dòng)和傳熱現(xiàn)象進(jìn)行了數(shù)值研究，通過脈動(dòng)熱管內(nèi)的氣相的體積分?jǐn)?shù)云圖和氣相速度云圖分析得出，脈動(dòng)熱管在1s時(shí)刻已經(jīng)熱啟，在5s時(shí)刻已經(jīng)達(dá)到穩(wěn)定。從氣相的體積分?jǐn)?shù)云圖看到熱管內(nèi)出現(xiàn)小氣泡聚合成大氣泡，并逐漸形成液塞與氣柱的現(xiàn)象，從氣相速度云圖中看出脈動(dòng)熱管內(nèi)呈穩(wěn)定的振蕩流運(yùn)動(dòng)，且氣液兩相運(yùn)行速度相對(duì)穩(wěn)定，其數(shù)值模擬結(jié)果能為脈動(dòng)熱管的運(yùn)行機(jī)理提供理論基礎(chǔ)。
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論文關(guān)鍵詞：教育；能源與環(huán)境；公共選修課
“能源”與“環(huán)境”是當(dāng)今世界發(fā)展的兩大主題。能源是人類社會(huì)賴以生存的重要物質(zhì)基礎(chǔ)，是工業(yè)的食糧、社會(huì)經(jīng)濟(jì)的命脈。隨著社會(huì)生產(chǎn)力的發(fā)展，人類對(duì)能源的需求量日益增大。但是，當(dāng)今世界所使用的能源絕大多數(shù)仍取自地球，隨著不斷地開采和利用，各種能源資源日漸枯竭，能否滿足未來(lái)世界不斷增加的能源需求是人類共同面臨的問題。
為適應(yīng)上述形勢(shì)需要和公選課要求，蘇州大學(xué)于2006年面向全校非動(dòng)力機(jī)械與工程專業(yè)開設(shè)能源可持續(xù)發(fā)展公選課。公共選修課是高校課程體系的重要組成部分，是學(xué)生擴(kuò)展橫向知識(shí)、培養(yǎng)自學(xué)和動(dòng)手能力的最佳平臺(tái)。多年來(lái)，學(xué)校在加強(qiáng)全校本科生能源與環(huán)境意識(shí)的培養(yǎng)上不斷探索與創(chuàng)新，逐步摸索出一套行之有效的方法。由于其他專業(yè)的學(xué)生不具備相關(guān)的專業(yè)基礎(chǔ)，因此，在授課過程中講授能源與環(huán)境的基本概念、國(guó)內(nèi)、國(guó)際能源使用現(xiàn)狀與嚴(yán)峻形勢(shì)、能源與世界政治、經(jīng)濟(jì)的關(guān)系、新能源的開發(fā)與使用、世界環(huán)境現(xiàn)狀、環(huán)境與人類的生存以及各種環(huán)境保護(hù)的一般方法等科普性的知識(shí)，以使學(xué)生易于理解和接受。
這門課程主要講授以下內(nèi)容：當(dāng)代科學(xué)技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)及我國(guó)科技發(fā)展的戰(zhàn)略部署；熱工基礎(chǔ)（熱力學(xué)、傳熱學(xué)及流體力學(xué)和燃燒學(xué)基礎(chǔ)部分）；工程熱物理學(xué)科的發(fā)展戰(zhàn)略；能源基礎(chǔ)知識(shí)；可持續(xù)發(fā)展；能源科技發(fā)展及可再生能源發(fā)展?fàn)顩r（生物能、太陽(yáng)能、地?zé)崮堋L(fēng)能、潮汐能、氫能和燃料電池）和開發(fā)利用技術(shù)；火力發(fā)電廠基本知識(shí)；核能發(fā)電；大氣環(huán)境保護(hù)原理基礎(chǔ)；潔凈煤技術(shù)概論；潔凈煤技術(shù)（SOx）產(chǎn)生機(jī)理及控制技術(shù)；潔凈煤技術(shù)（NOx）的產(chǎn)生機(jī)理及排放控制技術(shù)；節(jié)能原理簡(jiǎn)介及相關(guān)技術(shù)（能量系統(tǒng)的分析方法、工業(yè)過程節(jié)能的途徑與方法）；針對(duì)當(dāng)下能源與環(huán)境中的熱點(diǎn)問題和新技術(shù)進(jìn)行專題討論。
在近些年的“能源與可持續(xù)發(fā)展”教學(xué)摸索與實(shí)踐中，學(xué)生反映良好，筆者總結(jié)出一些方法和經(jīng)驗(yàn)，以下就較為典型的幾個(gè)突出問題談?wù)勛约旱恼J(rèn)識(shí)與實(shí)踐。
一、與時(shí)俱進(jìn)引入新概念，引發(fā)學(xué)生思考
科研為教學(xué)創(chuàng)設(shè)一種學(xué)術(shù)氛圍和探索研究的環(huán)境，將新的科學(xué)技術(shù)成就和成果及時(shí)引入教學(xué)，則能使課程教學(xué)更具現(xiàn)實(shí)性、前沿性，提高教學(xué)質(zhì)量和水平。能源利用基礎(chǔ)部分涉及到熱學(xué)知識(shí)，筆者引入了過增元院士提出的熱學(xué)新概念，但是并不深入介紹，而是介紹現(xiàn)有概念來(lái)龍去脈，引起學(xué)生思考，感受大師的思維方法。
先從日常生活中的熱現(xiàn)象著手，介紹熱學(xué)基本概念。
其次從熱的本質(zhì)講其發(fā)展簡(jiǎn)史，引經(jīng)據(jù)典，如介紹南北朝成書的《關(guān)尹子》、東漢王充的著作《論衡·寒溫篇》、漢代《淮南萬(wàn)畢術(shù)》、《武林舊事》等熱現(xiàn)象記載，講述古希臘科學(xué)家對(duì)熱的認(rèn)識(shí)，引出兩種觀點(diǎn)即熱質(zhì)說(shuō)和熱動(dòng)說(shuō)。熱質(zhì)說(shuō)認(rèn)為熱是一種沒有質(zhì)量的特殊物質(zhì)，熱動(dòng)說(shuō)認(rèn)為熱是物質(zhì)粒子的微觀運(yùn)動(dòng)。這兩種思想相互碰撞、辯論了好幾個(gè)世紀(jì)，但是這兩種思想并不是鮮明的對(duì)立，很多思想中都包含著兩種思想的影子。
再就現(xiàn)有傳熱學(xué)面臨的挑戰(zhàn)引發(fā)同學(xué)思考，如：
其一，經(jīng)典的傳熱規(guī)律面臨極端條件下傳熱現(xiàn)象的巨大挑戰(zhàn)。例如以激光的利用為代表的超快速加熱，如激光武器和激光加工技術(shù)，激光脈沖寬度可達(dá)到飛秒量級(jí)，如何預(yù)測(cè)激光加熱過程是傳統(tǒng)熱學(xué)原理遇到的問題。
其二，經(jīng)典熱學(xué)中還沒有以提高能源利用率為目的的傳熱過程的優(yōu)化理論和技術(shù)。當(dāng)前面臨世界性的能源短缺問題，我國(guó)面臨的節(jié)能減排的形勢(shì)更為嚴(yán)峻。因此，提高能源利用效率更為重要。然而，傳熱學(xué)中只有熱量傳遞速率而沒有熱量傳遞效率的概念，所以只有傳熱過程的強(qiáng)化而無(wú)傳熱過程優(yōu)化的理論和技術(shù)。
其三，傅立葉導(dǎo)熱定律導(dǎo)致熱傳播速度為無(wú)窮大的缺陷還沒有很好地解決。早在1822 年，法國(guó)的數(shù)學(xué)家、物理學(xué)家傅利葉就提出了著名的傅立葉導(dǎo)熱定律，即熱流與溫度梯度成正比。盡管作為實(shí)驗(yàn)定律的傅利葉導(dǎo)熱定律已為大量的工程實(shí)踐所證實(shí)，并獲得了廣泛的應(yīng)用。然而，用傅利葉導(dǎo)熱定律描述瞬態(tài)導(dǎo)熱過程時(shí)，由于所得到的熱傳導(dǎo)方程是拋物型的。這隱含著熱是以擴(kuò)散的方式傳播，因此出現(xiàn)了熱擾動(dòng)傳播速度無(wú)窮大的佯謬。傅立葉定律的這一缺陷表明，它只是一個(gè)唯象的近似定律，在物理上是不完善的。
其四，傳熱學(xué)缺乏同物理其他分支學(xué)科之間共性的量和規(guī)律。傅立葉在他的熱學(xué)專著《熱的解析理論》中指出“……無(wú)論力學(xué)理論的研究范圍如何，它們都不能應(yīng)用于熱效應(yīng)。這些熱效應(yīng)構(gòu)成一個(gè)特殊的現(xiàn)象類，它們不能用運(yùn)動(dòng)和平衡的原理來(lái)解釋……自然哲學(xué)的這一部分不可能與動(dòng)力學(xué)的理論有關(guān)，它有它本身特有的原理?！?/p>
與物理學(xué)的其他分支學(xué)科相比，熱學(xué)沒有的概念有：質(zhì)量、力、速度、動(dòng)量；波、振動(dòng)等。熱學(xué)獨(dú)有的概念有：熵、可用能、狀態(tài)量和過程量等。
由于學(xué)生們是學(xué)過大學(xué)物理學(xué)的，對(duì)物理學(xué)內(nèi)容的構(gòu)架有基本認(rèn)識(shí)。通過以上縱向比較，同學(xué)們一致認(rèn)為對(duì)物理學(xué)有了更深刻的認(rèn)識(shí)，激發(fā)了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，收到了良好效果。
二、加強(qiáng)學(xué)生的社會(huì)、生產(chǎn)實(shí)踐，培養(yǎng)工程的觀念
社會(huì)實(shí)踐、調(diào)研是本科生教學(xué)的一個(gè)重要教學(xué)環(huán)節(jié)，是學(xué)生接觸社會(huì)、工程或生產(chǎn)實(shí)際的一個(gè)基本手段。同時(shí)，教學(xué)中實(shí)際例題分析是最具說(shuō)服力的，對(duì)學(xué)生知識(shí)認(rèn)知、理解和分析幫助很大，他們也比較感興趣。
例如筆者結(jié)合實(shí)際項(xiàng)目介紹：在分布式能源系統(tǒng)中，讓學(xué)生實(shí)踐調(diào)研華東地區(qū)氣候條件，統(tǒng)計(jì)華東四省一市主要城市月度氣溫，調(diào)查華東四省一市或華東地區(qū)主要城市天然氣資源、華東四省一市或華東地區(qū)主要城市電價(jià)及華東地區(qū)醫(yī)院、酒店、商業(yè)、娛樂設(shè)施、辦公、機(jī)場(chǎng)、學(xué)校、居民等用戶的冷負(fù)荷、熱負(fù)荷和電負(fù)荷需求、持續(xù)時(shí)間。同學(xué)們利用假期在所在地區(qū)積極調(diào)研，得出華東地區(qū)民用電價(jià)平均值為0.5645元/度，燃?xì)怃N售價(jià)格2.2元/立方米，工業(yè)電價(jià)平均值為0.9元/度，燃?xì)怃N售價(jià)格3.5元/立方米。通過調(diào)查，同學(xué)們得到華東地區(qū)空調(diào)供應(yīng)時(shí)間一般是：制冷100～150天，采暖90～100天，過渡期110～170天，制冷和采暖的需求時(shí)間相對(duì)比較長(zhǎng)些。這些是華東地區(qū)發(fā)展天然氣分布式能源系統(tǒng)的有利條件和基礎(chǔ)。而學(xué)生實(shí)踐也為筆者豐富了教學(xué)內(nèi)容，使筆者感受到教學(xué)的樂趣，實(shí)現(xiàn)了教學(xué)相長(zhǎng)。
筆者結(jié)合具體設(shè)計(jì)案例引發(fā)學(xué)生思考，如：賓館的主樓建筑面積27000m2，裙房建筑面積約3000m2。賓館用電量較高，同時(shí)也有夏季冷負(fù)荷、冬季熱負(fù)荷和全年熱水的需求。本賓館分布式能源系統(tǒng)主要由1臺(tái)內(nèi)燃機(jī)發(fā)電機(jī)組和2臺(tái)溴化鋰吸收式冷溫水機(jī)組組成。系統(tǒng)的總發(fā)電量、制冷量、制熱量、制熱水量分別為600kW、3000kW、2400kW、7.7t，分布式能源系統(tǒng)設(shè)計(jì)年運(yùn)行天數(shù)330天（扣除檢修時(shí)間）。本項(xiàng)目為全年運(yùn)行，其中供冷期主要為夏季年運(yùn)行120天左右，供熱期主要為冬季年運(yùn)行105天左右，熱水供應(yīng)全年運(yùn)行330天左右（扣除檢修）。
系統(tǒng)配置從原理上進(jìn)行科普性介紹，而不詳細(xì)展開，如本分布式能源系統(tǒng)所用發(fā)電機(jī)組選用曼海姆的TCG2016V12C。選用的兩臺(tái)遠(yuǎn)大溴化鋰吸收式冷溫水機(jī)組分別為1臺(tái)BZHEY125XD 一體化煙氣熱水直燃機(jī)和1臺(tái) BZY125XD 一體化直燃機(jī)。
分布式能源系統(tǒng)注重技術(shù)與經(jīng)濟(jì)的結(jié)合，結(jié)合本案例分析氣價(jià)、電價(jià)對(duì)系統(tǒng)影響，指出技術(shù)上合理還要經(jīng)濟(jì)上合算的工程經(jīng)濟(jì)學(xué)思想，介紹最簡(jiǎn)單的投資回收年限的概念。本案例中主要取決于投資成本和收益額的大小。其中，投資成本是指購(gòu)買設(shè)備所需要的費(fèi)用，主要指新設(shè)備的初投資、收益額表示系統(tǒng)年收益（輸出的冷、熱、電）減去系統(tǒng)運(yùn)行及維護(hù)費(fèi)用。
理論方法與生產(chǎn)和生活實(shí)際相結(jié)合，調(diào)動(dòng)學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性，通過案例分析使學(xué)生初步掌握工程思想，并學(xué)會(huì)用所學(xué)知識(shí)解決實(shí)際問題。
三、可持續(xù)發(fā)展與古代樸素的人與自然的基本關(guān)系
鑒于公選課從內(nèi)容到教學(xué)形式相對(duì)自由一些，針對(duì)學(xué)生的專業(yè)特點(diǎn)逐年加大了素質(zhì)教育的內(nèi)容。
“可持續(xù)發(fā)展”一詞是在1980年的《世界自然保護(hù)大綱》中首次作為術(shù)語(yǔ)提出的。在此期間還提出了“可持續(xù)性”和“持續(xù)發(fā)展”等概念。“可持續(xù)性”是指社會(huì)系統(tǒng)、生態(tài)系統(tǒng)或任何其他不斷發(fā)展中的系統(tǒng)繼續(xù)正常運(yùn)轉(zhuǎn)到無(wú)限將來(lái)而不會(huì)由于耗盡關(guān)鍵資源而被迫衰弱的一種能力。1987年，挪威首相布倫特蘭夫人主持世界環(huán)境與發(fā)展委員會(huì)，在長(zhǎng)篇專題報(bào)告《我們共同的未來(lái)》中第一次明確提出了可持續(xù)發(fā)展的定義。“可持續(xù)發(fā)展”概念應(yīng)該是“可持續(xù)性”和“持續(xù)發(fā)展”的結(jié)合，既要考慮發(fā)展也要考慮環(huán)境、資源、社會(huì)等各方面保持一定水平。
但是講到這些，強(qiáng)調(diào)可持續(xù)發(fā)展的思想其實(shí)在中國(guó)源遠(yuǎn)流長(zhǎng)，下面列舉如下例子以引發(fā)人們對(duì)中國(guó)傳統(tǒng)文化的崇尚：“為人君而不能謹(jǐn)守其山林菹澤草萊，不可以立為天下王”；“斬伐養(yǎng)長(zhǎng)，不失其時(shí)，故山林不童，而百姓有余材也”；“竭澤而漁，豈不得魚，而明年無(wú)魚；焚藪而田，豈不獲得，而明年無(wú)獸”。孔子說(shuō)：“斷一樹，殺一獸，不以其時(shí)，非孝也?！彼€說(shuō)：“啟螫不殺則順人道，方長(zhǎng)不折則恕仁也?！笨鬃釉谒约旱纳顚?shí)踐中一向是“釣而不網(wǎng)，戈不射宿”。
中國(guó)傳統(tǒng)文化的“天人合一”思想即把人類放在大自然生態(tài)環(huán)境中加以考慮，主張人與大自然息息相通，和諧一致，天、地、人一體化。孔子說(shuō)：“大哉，堯之為君也，巍巍乎，唯天為人，唯堯則之?！笨鬃涌隙颂熘蓜t，即肯定了自然的可則、人與自然具有統(tǒng)一性?！吨杏埂分杏小叭f(wàn)物并育而不相害，道并行而不相?！?，把人與自然的發(fā)展變化看作是相輔相成的和諧、平衡運(yùn)動(dòng)。人與大自然的關(guān)系不是對(duì)抗的而是協(xié)和共存的，不應(yīng)把天、地、人孤立起來(lái)考慮，而應(yīng)把三者放在一個(gè)大系統(tǒng)中作整體的把握，強(qiáng)調(diào)天人的協(xié)調(diào)、和諧，人與自然的協(xié)調(diào)、和諧?！疤烊撕弦弧笔侵袊?guó)傳統(tǒng)文化對(duì)于人與自然關(guān)系的最基本的信念。人是大自然中的一群生命體，是屬于大自然的一個(gè)組成部分，人不應(yīng)該隨心所欲地征服自然、統(tǒng)治自然、支配自然。人必須學(xué)會(huì)尊重自然，愛惜自然。人與大自然的關(guān)系是一種相互依存的關(guān)系。
解決生態(tài)環(huán)境問題的根本就集中在如何看待人與自然的關(guān)系上。對(duì)此，可以從博大精深的中國(guó)傳統(tǒng)文化（孔教學(xué)說(shuō)）所蘊(yùn)含的生態(tài)環(huán)境理念中去汲取營(yíng)養(yǎng)?？捉躺鷳B(tài)環(huán)境理念能夠引導(dǎo)人們正確認(rèn)識(shí)和處理人與自然、局部利益與全局利益、眼前利益和長(zhǎng)遠(yuǎn)利益的關(guān)系，使全社會(huì)的生態(tài)意識(shí)、環(huán)境意識(shí)得到增強(qiáng)，從而達(dá)到可持續(xù)發(fā)展的目的。
通過上述內(nèi)容引入，使同學(xué)們深入了解中華傳統(tǒng)文化的博大精深。中華傳統(tǒng)文化不僅對(duì)中國(guó)的經(jīng)濟(jì)和社會(huì)發(fā)展發(fā)揮著巨大影響，也為中國(guó)人的世界觀和行為方式的形成奠定了基礎(chǔ)。它的影響一直延續(xù)至今。課堂中引入和加強(qiáng)對(duì)中國(guó)傳統(tǒng)文化的了解，同學(xué)們反映良好。
四、結(jié)束語(yǔ)
關(guān)鍵詞：柔性電熱膜；專利申請(qǐng)；發(fā)展路線
人類自從學(xué)會(huì)用電以來(lái)，對(duì)加熱器的研究從沒有停止過，對(duì)加熱材料的發(fā)明也沒有中斷過。然而我國(guó)是一個(gè)能源短缺的國(guó)家，所以開發(fā)節(jié)能電加熱產(chǎn)品是很有意義的。電熱膜主要由導(dǎo)電物質(zhì)和成膜物質(zhì)或膜狀材料組成，不同的導(dǎo)電物質(zhì)和成膜基體可以形成多種電熱膜，其加工方法有許多種，有的是將膜直接制備在被加熱載體上，在載體上形成的薄膜不能和載體分離，有的是將電熱膜元件化，例如將導(dǎo)電物質(zhì)和成膜物質(zhì)混合成漿料后進(jìn)行干燥成膜，利用粘結(jié)的方式貼在被加熱物體上；也有的采用物理氣相沉積、真空噴涂、離子噴涂、濺射等方法，使導(dǎo)電物與膜狀基片組成一體，或?qū)㈦姛崮{料制成轉(zhuǎn)印紙等。從根本上講，柔性電熱膜就是一種面狀發(fā)熱的薄膜加熱元件，因其良好的柔韌性、導(dǎo)電性及安全性，成為某些應(yīng)用領(lǐng)域中其它加熱元件所不能取代的產(chǎn)品，在家用電器、電力電子、通信、能源、航空航天領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用前景[1-2]。
1.國(guó)外專利申請(qǐng)狀況
1.1國(guó)外專利申請(qǐng)重要申請(qǐng)人分析
鑒于電熱膜加熱技術(shù)起源于美國(guó)，因此美國(guó)的申請(qǐng)量處于領(lǐng)先地位是毋庸置疑的。但是，德國(guó)在20世紀(jì)70、80年代對(duì)柔性電熱膜進(jìn)行大量的理論研究和技術(shù)開發(fā)，從而在該領(lǐng)域占據(jù)了舉足輕重的地位。與此同時(shí)，日本也是柔性電熱膜領(lǐng)域的重要申請(qǐng)國(guó)。從FT有關(guān)面狀發(fā)熱體的形狀、結(jié)構(gòu)、材料和使用條件等詳細(xì)分類中，可以佐證柔性電熱膜技術(shù)在日本非常發(fā)達(dá)。圖1-1示出了國(guó)外專利申請(qǐng)量排名前10名的申請(qǐng)人，排在前四位的分別是：松下電器產(chǎn)業(yè)株式會(huì)社（日本）、汽車系統(tǒng)公司（德國(guó)）、松下電工有限公司（日本）、美國(guó)瑞侃公司。
2.中國(guó)專利申請(qǐng)狀況
2.1國(guó)內(nèi)專利申請(qǐng)重要申請(qǐng)人分析
當(dāng)國(guó)外柔性電熱膜技術(shù)處于穩(wěn)定發(fā)展的階段時(shí)，同時(shí)期中國(guó)專利申請(qǐng)從零開始并有了初步的萌芽，國(guó)內(nèi)電熱膜技術(shù)的研究起步晚。業(yè)界認(rèn)為，1989年蔡淑珍研究所發(fā)明的陶瓷型電熱膜技術(shù)屬國(guó)內(nèi)外首創(chuàng)，是電加熱領(lǐng)域的一項(xiàng)重大突破。圖2-1表示柔性電熱膜領(lǐng)域中國(guó)專利申請(qǐng)量排名前13名的申請(qǐng)人。柔性電熱膜領(lǐng)域的重要申請(qǐng)人主要集中在汽車電熱裝置和供暖領(lǐng)域的企業(yè)中。從圖2-1可以看出，國(guó)外企業(yè)占到柔性電熱膜中國(guó)專利申請(qǐng)總量的32.3%，說(shuō)明國(guó)外企業(yè)因?yàn)榍捌诘募夹g(shù)積累，仍然占據(jù)柔性電熱膜領(lǐng)域的重要地位。同時(shí)，可以發(fā)現(xiàn)國(guó)內(nèi)企業(yè)例如鴻富錦精密工業(yè)有限公司和寧波錦春電器有限公司，通過自身的努力，不斷的發(fā)展，專利申請(qǐng)量占據(jù)柔性電熱膜中國(guó)專利申請(qǐng)總量的34.5%。
3.柔性電熱膜技術(shù)專利技術(shù)發(fā)展分析
如圖3-1所示，高分子電熱膜技術(shù)發(fā)展路線。美國(guó)瑞侃公司作為柔性電熱膜領(lǐng)域的開創(chuàng)者，早在1979年12月11日，提出了添加碳黑作為導(dǎo)電填料，通過絲網(wǎng)印刷、噴涂在柔性基底上形成導(dǎo)電加熱元件。由此，開始引起了許多國(guó)家對(duì)高分子電熱膜加熱技術(shù)及其應(yīng)用的重視。1989年10月4日，BOYELDIEU A提出了使用導(dǎo)電油墨作為電阻發(fā)熱體制作柔性電熱膜，電熱轉(zhuǎn)換率高、節(jié)電效果非常明顯。在隨后的10年間，導(dǎo)電油墨作為電阻發(fā)熱體成為主流技術(shù)，通電加熱產(chǎn)生紅外輻射。為了解決導(dǎo)電聚合物電阻率高、導(dǎo)電穩(wěn)定性和重復(fù)性差的問題，美國(guó)的一家公司于2002年提出了通過在高分子中添加導(dǎo)電顆粒如石墨或銀粉等，增加電導(dǎo)率，從而形成柔性電熱膜加熱元件。研究填充型導(dǎo)電高分子作為加熱層，屬于目前的研究熱點(diǎn)。而國(guó)內(nèi)的高分子電熱膜的研究起步比較晚，始于70年代。由于柔性電熱膜最開始是用于航空領(lǐng)域，所以在早期研發(fā)階段，研究所和高校對(duì)柔性電熱膜的理論基礎(chǔ)研究奠定了基礎(chǔ)，例如，中國(guó)江南航天工業(yè)集團(tuán)江南工業(yè)貿(mào)易公司。以北京新宇陽(yáng)科技有限公司，黑龍江中惠地?zé)峁煞萦邢薰?，以及清華大學(xué)聯(lián)合鴻富錦精密工業(yè)（深圳）有限公司為代表，在柔性電熱膜領(lǐng)域地位越來(lái)越重要。
4.總結(jié)
本文通過DWPI和CNABS數(shù)據(jù)庫(kù)收錄的專利為樣本，分析了國(guó)內(nèi)外柔性電熱膜的專利申請(qǐng)趨勢(shì)，以及主要申請(qǐng)人等等，并對(duì)柔性電熱膜發(fā)展所解決的技術(shù)問題為技術(shù)分支的技術(shù)發(fā)展做了進(jìn)一步分析。隨著市場(chǎng)國(guó)際化的發(fā)展，勢(shì)必會(huì)有大量的國(guó)外申請(qǐng)進(jìn)入中國(guó)市場(chǎng)，對(duì)于國(guó)內(nèi)申請(qǐng)人來(lái)說(shuō)，針對(duì)目前研究的熱點(diǎn)問題如高分子電熱膜進(jìn)行研究有良好效果，或者研究一些對(duì)該領(lǐng)域的專利有重大改進(jìn)的專利，實(shí)現(xiàn)彎道超車，加快柔性電熱膜領(lǐng)域的發(fā)展。
參考文獻(xiàn)
（1.安徽建筑大學(xué)，安徽 合肥 230022；2.阜陽(yáng)市建苑節(jié)能監(jiān)測(cè)有限公司，安徽 阜陽(yáng) 236000）
摘 要：相變儲(chǔ)能材料應(yīng)用于建筑結(jié)構(gòu)中，可以有效的提高建筑物的隔熱保溫性能，并可以解決一部分能源消耗問題.本文綜述了相變材料在建筑領(lǐng)域的研究現(xiàn)狀，對(duì)目前使用的相變材料進(jìn)行分類和分析.并展望相變材料在建筑領(lǐng)域未來(lái)的研究熱點(diǎn)和方向.
關(guān)鍵詞 ：相變儲(chǔ)能材料；建筑節(jié)能；應(yīng)用發(fā)展
中圖分類號(hào)：TU5文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A文章編號(hào)：1673-260X（2015）04-0043-03
基金項(xiàng)目：安徽省科技廳2013年度第二批科技計(jì)劃項(xiàng)目(1305073037）；2013年安徽建筑大學(xué)教學(xué)團(tuán)隊(duì)項(xiàng)目；2013年安徽建筑大學(xué)專業(yè)綜合改革試點(diǎn)項(xiàng)目
1 引言
隨著我國(guó)人民的物質(zhì)生活水平的顯著提高，人們對(duì)于所居住環(huán)境的關(guān)注度也是同步的增加，尤其表現(xiàn)在室溫這一方面，理想的室溫應(yīng)該維持在20℃左右這一舒適的范圍.為了滿足這種要求，人們使用空調(diào)變的更加頻繁，而這將會(huì)造成更的多能源消耗和對(duì)環(huán)境的污染等一系列問題.所以，對(duì)房間的舒適度、室內(nèi)溫度和環(huán)境污染等問題的研究已成為建筑和節(jié)能設(shè)計(jì)中必須考慮的問題.
相變材料是指在一定溫度下，自身的內(nèi)部結(jié)構(gòu)和物理化學(xué)狀態(tài)發(fā)生改變，同時(shí)伴隨著熱量的吸收和釋放，可以利用這種原理對(duì)室內(nèi)溫度進(jìn)行調(diào)控，使其達(dá)到舒適理想的范圍.將相變儲(chǔ)能材料（PCM）加入建筑基體結(jié)構(gòu)中，可以很好的改善室內(nèi)溫度、房間的舒適度和減少環(huán)境污染.
相比于國(guó)外，國(guó)內(nèi)的相變儲(chǔ)熱技術(shù)的技術(shù)成果，包括研究理論還是比較薄弱.本文綜述了相變儲(chǔ)能材料在建筑領(lǐng)域的研究現(xiàn)狀，對(duì)目前使用較多的相變儲(chǔ)能材料進(jìn)行了分類并分析其優(yōu)缺點(diǎn)，最后還展望相變儲(chǔ)能材料在建筑領(lǐng)域未來(lái)的研究熱點(diǎn)和發(fā)展方向.
2 相變儲(chǔ)能材料的發(fā)展研究現(xiàn)狀
1982年，相變儲(chǔ)能材料的研究最早是由美國(guó)能源部發(fā)起的，并且是應(yīng)用在建筑方面.上個(gè)世紀(jì)90年代，一些學(xué)者已經(jīng)開始對(duì)相變儲(chǔ)能材料進(jìn)行了研究探討，如Feldman對(duì)脂肪酸及其衍生物進(jìn)行了廣泛的研究，包括對(duì)相變儲(chǔ)能材料的物理性質(zhì)、化學(xué)穩(wěn)定性和環(huán)境保護(hù)等問題進(jìn)行了研究[1].1992年，美國(guó)的P.Kanramen研究出了一種熔化溫度可調(diào)的有機(jī)相變蓄熱的材料貯熱系統(tǒng)[2].法國(guó)Fittinaldi E等人曾報(bào)道過一些有機(jī)金屬化合物，這類材料的固—固轉(zhuǎn)變是可逆的，相變潛熱較高，在0~120℃的范圍內(nèi)可供選擇進(jìn)行溫度轉(zhuǎn)變[8].日本Hokkaido大學(xué)工程研究生院人類環(huán)境工程所的K.Naganno和S.Takeda等人采用了顆粒狀的相變材料來(lái)進(jìn)行研究，主要用于增大建筑蓄熱能量的地板空調(diào)系統(tǒng)[9].該研究結(jié)果發(fā)現(xiàn)，這種加入了相變儲(chǔ)能材料的空調(diào)系統(tǒng)可以將室內(nèi)夜間的熱量進(jìn)行冷熱轉(zhuǎn)化，從而來(lái)滿足白天的熱量負(fù)荷的需求.
中國(guó)科技大學(xué)的葉宏、葛新石[10]從1978年開始研究相變材料，并對(duì)其做了大量的理論闡述和研究工作[10].其試驗(yàn)研究發(fā)現(xiàn)了熔點(diǎn)在32℃左右的定形相變儲(chǔ)能材料，該材料是新型的地板輻射采暖系統(tǒng)中較為理想的貯熱材料，最后研究表明這種采暖系統(tǒng)不僅能源消耗少、易于簡(jiǎn)單操作，而且還可以提供舒適的熱環(huán)境.1985年，河北省科學(xué)院能源研究所唐鈺成等對(duì)相變儲(chǔ)能材料進(jìn)行研究，并且研制和試驗(yàn)了太陽(yáng)房相變蓄熱器[11].華南理工大學(xué)張正國(guó)等人將一種有機(jī)相變材料RT20與有機(jī)蒙脫土進(jìn)行混合，研制出一種新型的復(fù)合相變儲(chǔ)能材料[12].實(shí)驗(yàn)研究表明，這種材料的物理化學(xué)性質(zhì)與RT20材料的數(shù)據(jù)很接近，但是相比RT20材料，該復(fù)合材料具有更高的熱流量和更好的穩(wěn)定性.
隨著科學(xué)研究技術(shù)的進(jìn)步，采用的相變儲(chǔ)能材料從固—液狀態(tài)已經(jīng)逐步轉(zhuǎn)變?yōu)楣獭虪顟B(tài)材料和固液共晶相變材料.在這方面已經(jīng)有些成功的研究案例，如姜勇等采用了化學(xué)方法制備固—固高分子相變儲(chǔ)能材料[3].Hawlader等利用微膠囊技術(shù)[4,5]和張羽中等采用納米制備技術(shù)制得了固—固相變儲(chǔ)能材料[6].俄國(guó)俄州戴頓大學(xué)在1999年成功的研制出一種新型的建筑相變材料—固液共晶相變材料[7].這種材料的固液共晶溫度是在23℃，當(dāng)溫度高于23℃時(shí)，該材料的晶相就會(huì)出現(xiàn)熔化現(xiàn)象，并吸收外界熱量；當(dāng)溫度低于23℃時(shí)，該材料的結(jié)晶開始固化，內(nèi)部重新出現(xiàn)晶相結(jié)構(gòu)，并同時(shí)釋放熱量.這種材料與建筑墻體或是混凝土板結(jié)合可以有效的控制室內(nèi)溫度變化.
以上研究表明，相變材料可以成功應(yīng)用于建筑結(jié)構(gòu)中，并有利于建筑節(jié)能和環(huán)境保護(hù).
3 相變蓄熱建筑材料的分類和分析
3.1 目前使用的相變蓄熱建筑材料
3.1.1 無(wú)機(jī)相變材料
無(wú)機(jī)相變儲(chǔ)能材料的種類比較多，其中較為典型的就是結(jié)晶水和鹽類，被頻繁采用的是堿金屬、硝酸鹽、硫酸鹽、乙酸鹽、磷酸鹽、碳酸鹽的水合物和堿土金屬的鹵化物.這類相變材料普遍相變溫度不高，但都具有恒定的熔點(diǎn)值和很大的溶解熱.其優(yōu)點(diǎn)是：導(dǎo)熱系數(shù)高、相變體積小，熔解熱大、價(jià)格比較便宜等.但是這類相變材料的缺點(diǎn)是容易出現(xiàn)過冷和相分離現(xiàn)象.
3.1.2 有機(jī)相變材料
常用的有機(jī)相變材料有：脂肪酸或其酯或鹽類、芳香烴類、醇類、高級(jí)脂肪烴類、多羥基碳酸類和氟利昂類等，另外高分子類材料主要包括：聚酰胺類、聚烯烴類、聚多元醇類以及其他的一些高分子材料.一般來(lái)說(shuō)，同系的有機(jī)物會(huì)隨著其碳鏈的不斷增長(zhǎng)，其相變溫度和相變焓也隨著增大，這樣就容易得到許多類似的相變儲(chǔ)能材料，但隨著材料分子中的C鏈的不斷增長(zhǎng)，其相變溫度所增加的數(shù)值會(huì)逐漸的減小，并且熔點(diǎn)也會(huì)趨近于某一固定值.目前學(xué)者們研究的較多的有機(jī)相變儲(chǔ)能材料主要包括脂肪酸類、石蠟類等固一液相變材料以及高密度聚乙烯、多元醇等固一固相變材料，其中用的最多的有機(jī)相變儲(chǔ)能材料是石蠟.這類儲(chǔ)能材料的優(yōu)點(diǎn)是：穩(wěn)定性好、不易發(fā)生相分離及過冷現(xiàn)象、固體成型好、腐蝕性較小.缺點(diǎn)是：易揮發(fā)、導(dǎo)熱系數(shù)較小、易燃和相變時(shí)材料的體積變化較大等.為了解決這類材料導(dǎo)熱系數(shù)較小的缺點(diǎn)，可以在其中加入鋁粉、銅粉等導(dǎo)熱系數(shù)高的金屬粉末.
4 目前制備相變儲(chǔ)能建筑材料的主要方法
如何將相變材料融入建筑結(jié)構(gòu)中是制備相變儲(chǔ)能建筑材料的關(guān)鍵問題之一.目前制備相變儲(chǔ)能建筑材料的方法主要有三種:
4.1 浸漬法
即先將相變材料用水浸泡，然后選取多孔的建材基體進(jìn)行滲透，比如這類建筑基體有水泥混凝土試塊、石膏墻板等.其優(yōu)點(diǎn)是工藝比較簡(jiǎn)單，容易使傳統(tǒng)的建筑材料（如水泥混凝土試塊）按照特定的要求將其變成相變儲(chǔ)能建筑材料.Chahroudi在20世紀(jì)70年代就利用芒硝等無(wú)機(jī)相變儲(chǔ)能材料，采用直接浸泡法制備了相變儲(chǔ)能混凝土試塊，但是這類相變材料對(duì)混凝土的基體有腐蝕作用[13].Hawes利用脂肪酸類有機(jī)相變儲(chǔ)能材料、采用直接浸泡法制備了相變儲(chǔ)能混凝土，并對(duì)相變儲(chǔ)能混凝土作了深入的研究[14].Hadjieva等研究了無(wú)機(jī)水合鹽類作相變材料的混凝土，并用DSC測(cè)試儀測(cè)試了無(wú)機(jī)水合鹽類作相變材料的混凝土體系的蓄熱能力，用紅外光譜分析了該體系的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性[15].
4.2 直接混合法
即將相變儲(chǔ)能材料直接與建筑基體材料相混合，如在具有流動(dòng)性的粉末中添加相變材料，然后摻入建筑基體材料中，許多固—固相變儲(chǔ)能材料不斷的開發(fā)推動(dòng)了這種工藝的應(yīng)用發(fā)展.直接混合方法的優(yōu)點(diǎn)表現(xiàn)在性質(zhì)均勻，工藝簡(jiǎn)單，更容易做成各種形狀和大小的建筑構(gòu)件，可以滿足不同的建筑需求.加拿大的Concordia大學(xué)建筑研究中心采用49%丁基硬酯酸鹽和48%丁基棕桐酸鹽的復(fù)合物作相變材料[16].他們采用了直接混合法將相變材料與灰泥砂漿相混合，然后按照工藝要求制備出相應(yīng)的相變儲(chǔ)能墻板，并對(duì)相變儲(chǔ)能墻板的導(dǎo)熱系數(shù)、凝固點(diǎn)、熔點(diǎn)等進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)測(cè)試.測(cè)試結(jié)果表明，這種相變儲(chǔ)能墻板的貯熱能力比普通墻板增加了10倍.目前，直接混合法已經(jīng)成為相變儲(chǔ)能材料貯熱的熱門技術(shù).
4.3 微膠囊法
即采用微膠囊技術(shù)或納米復(fù)合技術(shù)將相變儲(chǔ)能材料封裝成膠囊，再把膠囊摻入建筑基體材料中，從而可以制備出相變儲(chǔ)能建筑材料.Takeshi等用95%正十八烷和5%正十六烷作復(fù)合相變材料[17]，并將其壓入聚乙烯中制成膠囊，然后再把這種膠囊加到其它多孔基體材料中，從而可以得到具有儲(chǔ)熱效果的相變儲(chǔ)能建筑材料.但是，由于微膠囊材料的制作成本高，且其技術(shù)比較復(fù)雜，使得微膠囊法只在某些領(lǐng)域適用.
5 相變儲(chǔ)能建筑材料的應(yīng)用及其展望
對(duì)于相變儲(chǔ)能材料的應(yīng)用研究，國(guó)外的發(fā)展水平高于國(guó)內(nèi).而我國(guó)的建筑耗能亦遠(yuǎn)高于國(guó)外許多國(guó)家，受到能源消耗方面的危機(jī)和環(huán)境保護(hù)的影響，科學(xué)研究表明可以將相變儲(chǔ)能材料應(yīng)用于建筑結(jié)構(gòu)中，從而有效的提高建筑物的隔熱保溫性能以及可以解決一部分能源消耗問題.如果在建筑墻體中加入相變儲(chǔ)能材料，這樣不僅可以減少能源的消耗，還減輕了建筑結(jié)構(gòu)的自重.相變地板、相變墻體、相變砂漿的研制成功為相變儲(chǔ)能材料在建筑領(lǐng)域的應(yīng)用起到了巨大的推動(dòng)作用.
Hawes等研究了不同類型的混凝土塊中多種復(fù)合相變材料的儲(chǔ)熱性能[14].Pause將相變材料融入窗簾之中，與普通的窗簾進(jìn)行熱量損失對(duì)比，試驗(yàn)研究表明，其熱流量可降低30%[18].Neeper研究了影響石膏板相變的三個(gè)主要因素：相變儲(chǔ)能材料的融化溫度、融化溫度的范圍、單位面積墻板的儲(chǔ)熱性能[19].
在具體的建筑應(yīng)用中，相變儲(chǔ)能材料可以與建筑覆蓋材料混合，如石膏板、混凝土、石膏等.將相變材料用于不同的建筑結(jié)構(gòu)中會(huì)發(fā)生不一樣的功能效果，例如，它們可以用于太陽(yáng)能利用、余熱回收等功能.
要想更好的將相變儲(chǔ)能材料投入到建筑領(lǐng)域中使用，還需要對(duì)以下許多問題進(jìn)行研究和探討：
(1)對(duì)于各種不同的室內(nèi)外的環(huán)境因素，研究具有相適應(yīng)的相變焓和相變溫度的相變材料，并將其加入建筑材料中，形成可以化學(xué)性能穩(wěn)定、長(zhǎng)期使用且物美價(jià)廉的建筑儲(chǔ)能材料.
(2)耐久性.相變儲(chǔ)能材料的熱物理性質(zhì)在相變循環(huán)過程會(huì)有所改變，而且隨著時(shí)間的變化，相變材料可能會(huì)從基體材料中泄露出來(lái)，表現(xiàn)為在材料表面結(jié)霜[20].其次，相變材料在基體機(jī)構(gòu)中如果發(fā)生變化，會(huì)影響基體結(jié)構(gòu)材料的應(yīng)力和應(yīng)變減少.
(3)目前已經(jīng)投入使用的大部分相變儲(chǔ)能材料的導(dǎo)熱系數(shù)比較低，所以如何提高相變儲(chǔ)能材料的儲(chǔ)能效率也是需要急于解決的問題.
(4)實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)工業(yè)化.在生產(chǎn)過程中，如何減低生產(chǎn)成本，改進(jìn)工藝條件以及實(shí)現(xiàn)工業(yè)化也是相變儲(chǔ)能材料面臨的問題之一.
6 結(jié)束語(yǔ)
本文對(duì)相變儲(chǔ)能材料在建筑上的應(yīng)用進(jìn)行了研究，得出以下結(jié)論：
(1)在建筑結(jié)構(gòu)中，使用相變材料可以有效的儲(chǔ)存或釋放由太陽(yáng)輻射或是內(nèi)部載荷產(chǎn)生的熱量.并應(yīng)用于與建筑覆蓋材料相混合，如石膏板、混凝土、墻體材料等，相變儲(chǔ)能材料還可以與貨倉(cāng)等其他系統(tǒng)有較好的結(jié)合，如地板采暖系統(tǒng)、熱回收系統(tǒng)、太陽(yáng)能熱泵系統(tǒng)等.
(2)一種材料的穩(wěn)定性如何是決定該材料是否可以在現(xiàn)實(shí)應(yīng)用中被長(zhǎng)期使用，對(duì)于相變儲(chǔ)能材料來(lái)說(shuō)，其穩(wěn)定性的好壞在建筑領(lǐng)域上影響更為明顯.目前被研究出來(lái)的穩(wěn)定性較好的材料也有不少，其中高固固狀態(tài)發(fā)生轉(zhuǎn)變的具有高潛熱物質(zhì)可以作為良好的熱存儲(chǔ)材料.
(3)相變儲(chǔ)能材料種類很多，但應(yīng)用于建筑領(lǐng)域的材料應(yīng)優(yōu)先選擇相變潛熱更高和轉(zhuǎn)變溫度更低的相變材料.相變儲(chǔ)存材料在建筑領(lǐng)域被廣泛使用的一個(gè)問題是如何降低相變儲(chǔ)存材料的成本.
相變儲(chǔ)能材料在建筑上的應(yīng)用研究仍然還是一個(gè)比較漫長(zhǎng)的道路，這就需要科技人員去進(jìn)行探索研究，以便使相變儲(chǔ)能材料（PCM）的技術(shù)更加成熟，提高室內(nèi)房間舒適度以及建設(shè)能源效率.
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關(guān)鍵詞:綠色建筑;舒適性;消費(fèi)者
中圖分類號(hào):F293.3文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A
一、引言
2005年出臺(tái)的《綠色建筑技術(shù)導(dǎo)則》和2006年出臺(tái)的《綠色建筑評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)》表明,綠色建筑有廣闊的前景,但是我國(guó)的綠色建筑理論和實(shí)踐還處于起步階段,綠色建筑的環(huán)境效益和社會(huì)效益毋庸置疑是有利于社會(huì)可持續(xù)發(fā)展的,但由于綠色建筑由于采用了各種生態(tài)節(jié)能技術(shù),其初始投資成本高要比傳統(tǒng)建筑高5%～10%,綠色建筑的推廣一直舉步維艱。綠色建筑建設(shè)的盲目:一是盲目追求建筑智能化系統(tǒng)的高檔次、全覆蓋,造成系統(tǒng)完成后不能夠充分利用或置之無(wú)可用,導(dǎo)致投資的浪費(fèi);二是開發(fā)商追求建筑的銷售過程中的“賣點(diǎn)”,各種智能化系統(tǒng)都要上,但都是淺嘗輒止,未能真正達(dá)到滿足實(shí)際的應(yīng)用效果。而綠色建筑的首要目標(biāo)是為使用者創(chuàng)造舒適環(huán)境、提供優(yōu)質(zhì)服務(wù)的同時(shí),最大限度地節(jié)約能源,它不一定是豪華的,但必須滿足建筑功能需求的,是低能耗的。同時(shí),人居委提倡的綠色節(jié)能建筑理念是“首先要解決的是舒適度”。
二、國(guó)內(nèi)外現(xiàn)狀
從國(guó)內(nèi)外關(guān)于綠色建筑評(píng)級(jí)標(biāo)準(zhǔn)來(lái)說(shuō),各國(guó)關(guān)于何為綠色建筑都制定了相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn),如英國(guó)建筑研究組織環(huán)境評(píng)價(jià)法(BREEAM系統(tǒng))、綠色建筑挑戰(zhàn)(GBC),美國(guó)的LEED等,我國(guó)《標(biāo)準(zhǔn)》的評(píng)價(jià)指標(biāo)體系,目前國(guó)內(nèi)綠色建筑要求的重點(diǎn),比較偏向于對(duì)外界環(huán)境沖擊的考量,包括在環(huán)保與能源資源方面的要求,此部分可與先進(jìn)國(guó)家相媲美。不過,在室內(nèi)有關(guān)居住環(huán)境方面的要求著墨較少,尤其是室內(nèi)空氣品質(zhì)部分,國(guó)內(nèi)目前的狀況有非常多的問題,但是在綠色建筑評(píng)估手冊(cè)內(nèi)尚未有較具體的規(guī)定,并且各國(guó)關(guān)于舒適性方面的評(píng)級(jí)標(biāo)準(zhǔn),除了澳大利亞是消費(fèi)者都可以去判斷是否是綠色建筑外,其他國(guó)家均是從專業(yè)人士的角度來(lái)判斷的。
三、文獻(xiàn)綜述
從文獻(xiàn)方面來(lái)說(shuō),有個(gè)誤區(qū)是把熱感覺和舒適感視為統(tǒng)一概念,只考慮了有關(guān)熱感覺方面的因素。近來(lái)研究表明,除熱因素外,眩光、噪聲、空氣新鮮度等都對(duì)人體舒適感有很大的影響。也就是說(shuō),熱舒適僅僅是人體總體舒適感的一個(gè)方面。到目前為止,已有很多有關(guān)舒適性指標(biāo)被提出,如著名的PMV等。但大多數(shù)指標(biāo)只適用于溫濕度環(huán)境大體處于穩(wěn)態(tài)的人工室內(nèi)環(huán)境,對(duì)于非穩(wěn)態(tài)占主導(dǎo)地位的室外環(huán)境并不一定適用。也有采用標(biāo)準(zhǔn)有效溫度SET3作為室外舒適性指標(biāo)進(jìn)行動(dòng)態(tài)的熱舒適性研究。由于室外環(huán)境的復(fù)雜性,至今該研究領(lǐng)域的成果還不多,沒有全面考慮生理和心理的因素。
綜合以上,缺乏的是從消費(fèi)者的角度去了解綠色建筑中哪些給消費(fèi)者提供了他的舒適性,并且他愿意為享受的舒適性買單。
四、目的
綠色建筑具有外部性,綠色建筑與傳統(tǒng)建筑相比,得到了更好的舒適性,但也要付出更多的成本,并且這些成本最終由消費(fèi)者買單。消費(fèi)者認(rèn)為綠色建筑中哪些是他需要的舒適性,并且愿意為這個(gè)舒適性支付費(fèi)用。
五、從消費(fèi)者角度進(jìn)行綠色建筑舒適性分析的建議
目前,國(guó)際上所倡導(dǎo)的綠色建筑,除了強(qiáng)調(diào)對(duì)外界的環(huán)保,要求從建筑本體中,尋求一種低成本、建材可回收,且在建造過程中,對(duì)地球環(huán)境影響最低的建筑方法之外,也同時(shí)要求能兼顧到室內(nèi)居住環(huán)境的品質(zhì),包括居處的舒適性與健康需求等。由國(guó)內(nèi)所頒布的針對(duì)綠色建筑評(píng)估的七項(xiàng)指標(biāo)來(lái)分析,目前國(guó)內(nèi)綠色建筑要求之重點(diǎn),比較偏向于對(duì)外界環(huán)境沖擊考量,包括在環(huán)保與能源資源方面之要求,此部分可與先進(jìn)國(guó)家相媲美。不過,在室內(nèi)有關(guān)居處環(huán)境方面的要求著墨較少,尤其是室內(nèi)空氣品質(zhì)部分,國(guó)內(nèi)目前的狀況有非常多的問題,但是在綠色建筑評(píng)估手冊(cè)內(nèi)尚未有較具體的規(guī)定。一般人平均每天約有八成的時(shí)間在室內(nèi)活動(dòng),基于室外噪音問題,以及裝設(shè)空調(diào)系統(tǒng)后,節(jié)能的考量,現(xiàn)代的大樓都很重視氣密性。由于室內(nèi)使用的裝修與粉刷材料,大多屬于化工制品,在使用過程中均會(huì)釋放出一些對(duì)人體有不良影響的氣體,但是所有這些評(píng)價(jià)指標(biāo)有一個(gè)共同的特點(diǎn),即把熱感覺和舒適感視為統(tǒng)一概念,只考慮了有關(guān)熱感覺方面的因素。
關(guān)于室內(nèi)舒適性,其形成涵蓋以下幾個(gè)方面:呼吸性的護(hù)結(jié)構(gòu)系統(tǒng);中央新風(fēng)系統(tǒng)(無(wú)灰塵污染);空氣凈化系統(tǒng);考慮過敏患者的舒適性;為客戶單獨(dú)提供的健康計(jì)劃和室內(nèi)溫度指標(biāo);室內(nèi)防輻射系統(tǒng)。
時(shí)間節(jié)約舒適性指標(biāo)涵蓋了以下幾個(gè)部分:自動(dòng)窗戶玻璃、立面清潔系統(tǒng);地面自動(dòng)清潔系統(tǒng);建立廚房清潔計(jì)劃;設(shè)立墻體內(nèi)換洗衣物投擲井;中央除塵、吸塵系統(tǒng)。
智能舒適性指標(biāo)包括:自動(dòng)防盜門裝置系統(tǒng);自動(dòng)警報(bào)系統(tǒng);語(yǔ)音對(duì)講系統(tǒng);利用再生能源的供熱系統(tǒng);網(wǎng)絡(luò)、電話、電子設(shè)備集成系統(tǒng)。
休閑舒適性包括:陽(yáng)光房;桑拿房;室外休閑區(qū);冬天花房、及其他按個(gè)人需要。
舒適和健康的生活環(huán)境包括:建筑內(nèi)部不使用對(duì)人體有害的建筑材料和裝修材料,室內(nèi)空氣清新,溫、濕度適當(dāng),使居住者感覺良好,身心健康。
其他國(guó)家也積極致力于綠色建筑的評(píng)價(jià)工作,如英國(guó)的建筑研究機(jī)構(gòu)環(huán)境評(píng)價(jià)方法(BREEAM);美國(guó)的環(huán)境評(píng)估工程(EVE)和能源與環(huán)境設(shè)計(jì)向?qū)?LEED);國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化組織的環(huán)境管理體系(ISO14000);加拿大的建筑物環(huán)境性能評(píng)價(jià)準(zhǔn)則(BEPAC)和綠色建筑挑戰(zhàn)(GBC);英國(guó)等國(guó)家的可持續(xù)項(xiàng)目建設(shè)與評(píng)價(jià)(MFI)、日本政府和學(xué)術(shù)單位建立的日本地區(qū)建筑環(huán)境綜合評(píng)估指標(biāo)(CASBEE)等。在我國(guó),目前已有的評(píng)估工具最新的有國(guó)家建設(shè)部于2005年10月份出臺(tái)的《綠色建筑技術(shù)導(dǎo)則》和為《綠色建筑技術(shù)導(dǎo)則》提供評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)的于2006年6月份出臺(tái)的《綠色建筑評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)》。另外,還可以借鑒的評(píng)價(jià)體系有:《綠色生態(tài)住宅小區(qū)建設(shè)要點(diǎn)與技術(shù)導(dǎo)則》、《中國(guó)生態(tài)住宅技術(shù)評(píng)估手冊(cè)》、《綠色奧運(yùn)建筑評(píng)估體系》、《香港地區(qū)建筑環(huán)境評(píng)估法》等。
筆者建議,可以采用模糊數(shù)學(xué)的方法,從消費(fèi)者角度了解綠色建筑中哪些是他需要的舒適性,并且愿意為這個(gè)舒適性支付費(fèi)用。模糊數(shù)學(xué)是1965年美國(guó)加利福尼亞大學(xué)的控制論專家Zadeh提出的,它是研究和處理模糊性事物的一種新的數(shù)學(xué)方法。所謂模糊性事物,是指那些邊界不清晰的事物,這種邊界不清是由客觀差異的中間過渡性所引起的劃分上的不確定性所決定的。世界上的萬(wàn)物千差萬(wàn)別,形形,除了確定性的事物或者概念外,更廣泛的是不確定的事物和概念。將模糊理論用來(lái)解釋這些問題,隨著各評(píng)判函數(shù)系數(shù)的確定,隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展,人體生理學(xué)家、心理學(xué)家、建筑師、建筑熱物理工作者、空調(diào)技術(shù)人員等多學(xué)科專家合作的結(jié)果,使得這種模糊評(píng)判更加合理化。
所謂模糊評(píng)判,就是根據(jù)給出的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)和實(shí)測(cè)值,經(jīng)過模糊變換后對(duì)事物作出評(píng)價(jià)的一種方法,這種方法特別適用于因素較多、相互影響難以定量確定的情況。模糊綜合評(píng)判可歸納為以下幾個(gè)步驟:①給出備擇的對(duì)象集:X={x1,x2,…,xi｝;②找出因素集:u={u1,u2,…,un｝;③找出評(píng)語(yǔ)集:v={vl,v2,…..,vn｝;④確定評(píng)判矩陣R;⑤確定權(quán)矩陣A;⑥由A?R進(jìn)行評(píng)判,按序擇優(yōu),得評(píng)判結(jié)果。
其中,根據(jù)確定的因素集u將權(quán)重集表示為:A={a1,a2,a3,a4…｝。其中,1為u1的重要性系數(shù);2為u2的重要性系數(shù);3為u3的重要性系數(shù),等等。具體的確定方法有很多,常用的方法有德爾斐、專家調(diào)查法和判斷矩陣分析法。前兩種主要是考慮專家的意見,后一種是考慮居住者的意見,各有利弊,應(yīng)當(dāng)針對(duì)具體環(huán)境做出具體的分析。
六、結(jié)語(yǔ)
本文旨在從消費(fèi)者的角度來(lái)關(guān)注綠色建筑的舒適性,只有消費(fèi)者真正需要的,消費(fèi)者才肯為此買單,才能更好地促進(jìn)我國(guó)綠色建筑的健康發(fā)展。
(作者單位:重慶大學(xué)建設(shè)管理與房地產(chǎn)學(xué)院)
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